Batchen. Geavanceerd batchbeheer

Transcriptie

1 Geavanceerd batchbeheer Batch productie is een van de drie productieprocessen, die worden gebruikt om grondstoffen om te zetten in eindproducten. Het kan worden gedefinieerd als: Starten met ingaande materialen Deze verwerken volgens vastgestelde procedures Een nieuw uitvoermateriaal genereren Een nauwkeurig, betrouwbaar weegsysteem dat ingrediënten afmeet en overdraagt aan een batch, is een essentieel onderdeel van het proces. Dit proces kan worden geautomatiseerd, handmatig zijn, of beide. In de praktijk kan de geautomatiseerde overdracht en het beheer van de batch door de weegterminal worden gedaan, in plaats van door een volledig PLC of DCS controlesysteem. De juiste weegterminal/het juiste weegsysteem kan ook handmatig batchen sturen. Een op zichzelf staand controlesysteem kan voordelen bieden bij kleinschalige processen, omdat het verwerkingstijd en -kosten bespaart die horen bij PLC programmering. Dit artikel gaat in op de voordelen van op zichzelf staand beheer van batches: Consistente resultaten Verhoogde efficiëntie Lagere kosten Uiteindelijk zullen consistente resultaten de tevredenheid van consumenten vergroten en het makkelijker maken om te voldoen aan normen van product-certificering. Het juiste systeem zal een grotere transparantie brengen van het proces, terwijl er onder aan de streep meer overblijft. Inhoudsopgave 1 De noodzaak voor specifiek beheer van batches 2 Overwegingen voor de selectie van een controlesysteem 3 Een specifiek systeem voor beheer van batches invoeren 4 Samenvatting 5 Aanvullende bronnen

2 1 De noodzaak voor specifiek batchbeheer Een voorbeeld van batchbeheer dat voor iedereen inzichtelijk is, is brood bakken. De ingrediënten voor het recept worden klaargezet en dan gecombineerd volgens een vaste procedure. Hulpmiddelen zoals maatlepels, mixers en hitte, transformeren de grondstoffen in een nieuw product een heerlijk vers brood. Dit voorbeeld is vereenvoudigd, maar het laat zich vertalen naar een fabricageproces. Alleen dan moet u zich voorstellen dat er dagelijks honderden of zelfs duizenden broden worden gebakken. Er kan zelfs variatie zijn in de vorm en de smaak. Het scenario voor batchbeheer is daarmee aanzienlijk veranderd. Een systeem dat het beheer voert over de consistentie van serie na serie is essentieel om een hoge productkwaliteit te garanderen. Het investeren in een goed ontworpen controlesysteem voor batches om de schaalgrootte van dit proces te beheren, kan ook helpen: Productie te vergroten Verspilling van grondstoffen te verminderen Schommelingen in productkwaliteit uit te bannen Algehele efficiëntie te maximaliseren 2 Overwegingen voor de selectie van een controlesysteem De keuze voor het juiste controlesysteem voor een specifiek proces, kan overweldigend lijken: Hoe stel je vast dat het gekozen systeem de efficiëntie van de productie verbetert, verspilling van grondstoffen terugdringt en een consistenter product oplevert? Het hele systeem moet de overdracht van uiteenlopende materialen naar het weegplatform besturen en elk ingrediënt wegen. Een weegterminal die beide taken kan uitvoeren is geschikt voor toepassing in batches en zal het ontwerpen van het proces helpen vereenvoudigen, aangezien het wegen van ingrediënten en overdracht van materiaal in wezen onderdeel zijn van één handeling. Een PLC systeem kan effectief worden ingezet, met name in die gevallen waar het proces rond de batch vast ligt en niet veel wisselingen kent van ingrediënten en recepten. Het is echter niet zomaar de beste oplossing voor kleine tot middelgrote bedrijven, die flexibiliteit vereisen in hun processen, vanwege de beperktere middelen. De Instrument Society of America (ISA) S88 Batch Control (Part 1-4) voorziet in een consistente normering voor batches, die ongeacht het gekozen systeem kan helpen batches te beheren. Werken met een besturingssysteem dat de S88 richtlijnen heeft ingebouwd, biedt de gebruiker een modulair systeem dat de consistente toepassing van een controlesysteem mogelijk maakt over meerdere locaties, dat minimale training behoeft, de gebruikersinterface vereenvoudigt en toepassing mogelijk maakt in meerdere fabrieken om recepten en procesinformatie te delen vanuit dezelfde gegevensstructuur. Met een PLC systeem zou zorgvuldige programmering en implementatie nodig zijn om consistentie te realiseren, al helemaal bij installatie in meerdere fabrieken. Anderzijds zou een systeem specifiek voor het beheer van batches, het batchbeheer en de overdracht van materiaal combineren tot één controlesysteem met alle functionaliteit. Dit maakt PLC programmering overbodig, vermindert de opstarttijd en biedt de klant de kans om zich te concentreren op zijn expertise: de unieke, heerlijke receptuur. 2 METTLER TOLEDO White Paper Batchen

3 3 Specifiek batchbeheer invoeren Keuze van een specifiek systeem dat voldoet aan de gedocumenteerde structuur van omgang met apparatuur, I/O beheer en materiaalstromen/recepten in het productieproces, kan onmiddellijke en kwantificeerbare voordelen opleveren. De ISA S88 normering voor batches biedt daarbij behulpzame richtlijnen bij de keuze, door: een bruikbaar model voor batchbeheer te definiëren De gebruikelijke eisen aan batchbeheer vast te leggen Zinvolle informatie over configuraties te bieden Integratie van systemen van aanbieders te begeleiden Het einddoel van S88 is producenten van batches te helpen bij het maken van consistente, herhaalbare series. De norm voorziet in de standaard terminologie voor batchproductie en ook in richtlijnen voor het herstellen van fouten tijdens het draaien van batches. Materiaal 3 Batchbeheer/ betrouwbaar wegen Het beschikbaar hebben van consistente richtlijnen bij serieproductieprocessen helpt om productiekosten te verlagen, doorvoer te vergroten, opbrengst te verbeteren, verspilling van materiaal te verkleinen en het gebruik van de apparatuur te optimaliseren. Het volgen van de S88 standaard splitst de fysieke apparatuur van het recept. Hierdoor ontstaat een grotere flexibiliteit in de systeemconfiguratie, een verkorting van de omschakeltijd tussen recepten en daardoor weer een vergroting van de doorvoer. De standaard voorziet in een consistente interface voor de operator, waardoor de vertrouwdheid met en het gebruik van de apparatuur toeneemt. Het verspillen van materiaal wordt geminimaliseerd, omdat de operator stap voor stap door elke toevoeging van ingrediënten wordt geleid. De gebruikersinterface beperkt de toevoeging van elk materiaal binnen het toegelaten tolerantiebereik. Idealiter zou een besturingssysteem voor batches de S88 standaard moeten gebruiken zoals deze is, om het batchbeheer te vereenvoudigen. Een betrouwbare weegterminal zoals de IND780batch moet ook onderdeel uitmaken van het systeem. Materiaal 2 Materiaal 5 Materiaal 4 Voorbeeld van een multimateriaal installatie voor batches met 2 toevoer snelheden en automatische overdracht. Materiaal 1 Hand toevoer Mixer IND780batch weegterminal Weegschaal Materiaal afvoeren Naar opslagtank Operator 3 METTLER TOLEDO White Paper Batchen

4 Geautomatiseerde doelen bereiken De S88 standaard beschrijft een modulair, flexibel proces dat het de gebruiker mogelijk maakt om een batchproces te vereenvoudigen. Een geïntegreerd, op zichzelf staand systeem ondersteunt deze flexibiliteit door vooraf de procesapparatuur te definiëren en de operator de keuze te geven uit verschillende recepten, waardoor de tijd die het kost om over te schakelen op andere batches wordt verkort. Het biedt eveneens het centrale beheer van de materiaaloverdracht door het gebruik van machines zoals aanvoerkleppen, sluizen en schroeftransportsytemen, terwijl gelijktijdig het gewicht wordt gecontroleerd om een nauwkeurig doelgewicht voor elk overgebracht materiaal te garanderen. Dit vermindert verspillingen en verbetert de doorvoer In een handmatig proces beheert de operator meestal de batches. Door echter een beheersysteem voor batches tussen te schakelen ter ondersteuning van de operator, worden problemen met teveel of te weinig afvullen en het onnodig toevoegen of weglaten van belangrijke ingrediënten voorkomen. Meestal zal de operator een barcode scanner gebruiken om een ingrediënt te identificeren, dit toevoegen en doorgaan naar de volgende. De validatie van het materiaal waarschuwt de operator als een onjuist ingrediënt is gekozen en verzoekt dan om het juiste ingrediënt te scannen voor consistentie in de batch. In een gemengde opzet, kan de operator een batch opstarten. Vervolgens loopt de rest van het proces zonder tussenkomst, tenzij het nodig blijkt een ingrediënt handmatig toe te voegen. Handmatige processen & batchbeheer Als het proces handmatig verloopt is er meestal geen aparte I/O betrokken bij het beheer. Deze methode is zeer flexibel omdat er geen aparte I/O bij komt kijken, zodat verschillende materialen zonder voorwaarden kunnen worden gecombineerd. Als het proces gepaard gaat met automatische materiaaloverdracht, dan is een controlesysteem vereist dat I/O toewijst om de materiaaltoevoer te sturen. Meestal is er dan ook hulp-apparatuur die beheerd moeten worden. Hand toevoer tot 999 ingrediënten per recept Barcode scanner biedt tracking en traceerbaarheid Tafelweegschaal IND780batch weegterminal begeleidt de operator bij recepten via instructies op het beeldscherm Voorbeeld van een handmatig, multi-materiaal recepteersyteem voor batches 4 METTLER TOLEDO White Paper Batchen

5 Beheer hulp-apparatuur Het beheer van hulp-apparatuur kan bepaalde vereisten vooropstellen om goed te werken. Als er bijvoorbeeld een mixer nodig is, moet het controlesysteem van de batch in staat zijn om: De mixer aan te zetten op een specifiek moment in het recept De mixer gedurende een bepaalde tijd aan te sturen De start van de mixer uitstellen totdat een handmatig toegevoegd ingrediënt op de weegschaal is geplaatst Ongeacht welk type beheer van de serie wordt gebruikt, er is een controlesysteem nodig dat nauwkeurig de materiaaloverdracht stuurt, nauwkeurig doseert, teveel of te weinig afvullen voorkomt en het hele proces bestuurt om een goede consistentie van serie na serie te bereiken. Track en trace/gegevens verzamelen Een ander wenselijk element voor een batchbeheersysteem is het vermogen om stadia in het batchproces te volgen, om vast te stellen: Wanneer een product werd gemaakt Welk en hoeveel materiaal werd gebruikt Welke operator de specifieke serie bestuurde Het bepalen waarom een batch afwijkt, Het ingrediënt aanwijzen dat het probleem veroorzaakte Het minimaliseren van het aantal en de gevolgen van terugroepacties Het opsporen van toeleveranciers die het ingrediënt leverden Een op zichzelf staand controlesysteem voor batches moet de functionaliteit kunnen hebben voor track and trace, maar ook receptontwikkeling ondersteunen en bewaren, weegterminal instellingen opslaan en gegevens verzamelen. Deze functies dienen ertoe om: Voorgeprogrammeerde receptsamenstelling toe te passen Ingrediënten of hoeveelheden aan te passen Een hele batch te vergroten/verkleinen Het gebruik van een specifieke op zichzelf staand controlesysteem met bovenstaande eigenschappen zal een aanzienlijke verbetering geven in de reproduceerbaarheid en de productiviteit bij een gelijktijdige beheersing van de kosten. METTLER TOLEDO biedt dit type van robuuste functionaliteit in verschillende op zichzelf staande en eenvoudig integreerbare controlesystemen voor batches. Dit maakt onderzoek mogelijk naar potentiële problemen bij prestaties. Managers kunnen dan controleren of er wijzigingen in de productie zijn. Dit vereenvoudigt identificatie van de batch en de grondstoffen en is behulpzaam bij: Een PC configuratieprogramma voor batches maakt off-line receptsamenstelling en systeemconfiguratie mogelijk. 5 METTLER TOLEDO White Paper Batchen

6 4 Samenvatting Een controlesysteem inzetten met besturingsfuncties kan bijdragen aan het bereiken van geavanceerde doelen bij materiaaloverdracht en procesbeheer. Het gebruik van een kant en klaar systeem met geïntegreerd wegen en materiaaloverdracht, kan aanmerkelijk besparen in tijd en kosten voor kleinere producenten die niet de middelen hebben om een PLC in te zetten met de bijbehorende programmeringskennis en -tijd. Idealiter zal elk gekozen systeem: Een specifiek controlesysteem hebben voor zowel handmatig als automatisch batchen Besturingslogica hebben in de meetinstrumenten voor snellere I/O Conform de S88 standaard zijn voor procesflexibiliteit en kwaliteitsmanagement De materiaaloverdracht vergroten en toevoerprecisie verbeteren Functionaliteit bieden voor track and trace/gegevens verzamelen om risico s en verspilling te minimaliseren Het juiste op zichzelf staande systeem kan meerdere batches aan, zonder de complexe PLC her-configuratie als de afnemer verandering wil. Het resulterende nauwkeurigere toezicht kan producten consistenter maken. Klanttevredenheid en loyaliteit zullen toenemen en gelijktijdig zal de productiviteit verbeteren met een beter resultaat onder de streep. 5 Aanvullende bronnen De volgende links en artikelen geven meer informatie over industriële weegsystemen en hoe effectieve controlesystemen voor batches de kwaliteit kunnen verbeteren, het gebruik van ingrediënten optimaliseren en de productiekosten kunnen verlagen. METTER TOLEDO Material Transfer Control Instrument Society of America Applying S88, Batch Control from a User s perspective; Jim Parshall and Larry Lamb ISBN # Batch Control Systems, Design, Application, and Implementation 2nd Edition; William Hawkins and Thomas Fisher ISBN # Control Global Functions that need to be considered in for Material Feed (Transfer) Batch Controls; Charlie Fu Ph.D, Technology Leader, Procter & Gamble World Batch Forum ARC Advisory Group 6 METTLER TOLEDO White Paper Batchen

7 Voor meer informatie Nederland Mettler-Toledo B.V. Franklinstraat JK Tiel Tel Fax contact.nl@mt.com Nederland Mettler-Toledo PI B.V. Het Sterrenbeeldd ML s-hertogenbosch Tel Fax info.nl@mt.com België N.V. Mettler-Toledo S.A. Leuvensesteenweg Zaventem Tel Fax contact.be@mt.com Technische wijzigingen voorbehouden 08/2011 Mettler-Toledo AG MarCom Industrial