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饮品行业数字化工厂之路:从产线管理到制造执行

2020/8/6    来源:北京艾克信控科技有限公司    作者:王培哲      
关键字:饮品行业  MES  LMS  产线管理  
LMS和自动化设备紧密集成,完美解决了车间数据采集、设备集成、现场管控等MES实施难题,为饮品企业实施MES扫清了障碍。

    饮品行业是典型的快消品行业,以大规模生产为主,自动化程度较高,但信息化水平偏低。2015年以来,国家推行中国制造2025战略,鼓励制造业升级,扶持企业进行智能化升级改造。在这种大背景下,饮品企业也启动了一批数字化工厂建设项目,作为数字化工厂的核心系统之一,制造执行系统(MES)迎来了一波应用热潮。但是几年下来,很多MES项目并没有达到预期效果,不要说离智能制造、数字化工厂的目标还很远,甚至连最基本的精细化管理也没有做到。究其原因主要有,第一,设备数据采集困难,数据采集不完整,无法准确了解运行及生产情况;第二,MES往往缺乏和设备、工艺的有机结合,仅局限于无纸化生产记录,无法实现生产的有效管控、调度及协同等。

    如何破解这些难题?我们不妨从饮品企业的生产谈起。

一、饮品行业的生产管理要求

    饮品企业生产通常分前处理和后包两段相对独立的生产过程。前处理是指从原料到待灌装半成品的过程,一般包括调配、发酵、均质、杀菌等工艺环节。前处理生产直接决定产品品质,其物料消耗又占据了成本的大头,所以前处理特别关注质量和成本。但是目前大多数企业,称配和投料仍然靠手工执行,缺乏防呆防错手段,生产统计和记录依旧靠人工抄录,难以保证准确及时。

    后包是把待灌装的半成品灌装成瓶,再装箱码垛,最后入库的过程。一般包括灌装、装箱等工艺环节。对后包生产来说,重要的是能够保持稳定连续生产,少出残次品,所以更关注效率和成本。而现实中,大多企业靠人工记录停机、手动分析效率、笼统计算损耗,难以支撑生产优化的需求。

    由此可见,在饮品企业中,虽然自动化程度较高,但是自动化设备多为孤岛,生产管理依然以传统的人工、粗放式管理为主,这已经越来越难以满足企业降本增效的需要。近些年,为了提升市场竞争力,提高生产效率和减低成本,饮品企业也逐步明确了其提升生产管理水平的要求。

    首先,生产透明化要求。需要及时、准确地了解设备状态、物料信息、检化验信息以及工单进度,及时发现生产中存在的问题,准确反映生产情况,提高生产透明度。

    其次,精细化管理要求。需要准确、及时收集和记录粒度更细、维度更广、内容更丰富的生产和质量数据,准确制订生产计划和排程,合理安排库存和物料配送,保持部门间和工序间协同更顺畅。

    第三,无纸化要求。通过作业指导的无纸化传递和浏览,把工人操作需要的信息推送到作业终端,同时支持现场自动收集和快速填报记录,避免或减少纸质文档的流转及传递,保障工艺文件和生产记录的准确、及时和安全。

    第四,生产合规要求。通过对现场操作进行严格管控,对关键操作实行防呆和防错,确保整个生产过程合规、安全、产品可追溯,严守饮品企业的生命线。

二、MES“知易行难”

    MES是“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”,帮助操作和管理人员执行和跟踪生产计划,并了解所有资源的当前状态。它通过实时收集生产过程数据,做出相应的分析和处理,实现生产可视化、透明化;在透明基础上,通过协调上下游工序和生产资源、及时配送物料,实现生产协同;在协同的基础上,通过优化生产计划、优化车间排程、提高设备运转效率、提升质量、改进工艺,实现生产优化。MES在现代制造企业中,承上启下,是建设数字化工厂必不可少的核心。

    虽然MES理念和重要性容易理解,但是成功实施MES非常困难。目前饮品企业MES实施效果差强人意,就很好地证明了这一点。造成MES实施难以达到预期效果有其深层次原因。首先,MES系统要对企业的主要业务流程进行管理,涉及多个部门、各种业务,如果企业对实施MES目标不明确,范围不清楚,业务流程不规范,会造成MES项目失控,给实施带来困难。

    其次,设备数据采集和集成困难。数字化工厂要求MES不仅从设备采集数据,还要求实现控制参数和工艺标准的下达。而实际中,饮品行业往往因设备厂家多、种类多,相当多的设备陈旧、接口复杂、不开放,造成数据采集和集成困难,成为MES执行的障碍。

    最后,MES供应商自身有局限性。MES行业性和个性很强,成功的MES需要高度适配行业和企业实际,需要和工艺设备深度融合,但MES供应商往往缺乏足够的行业知识,系统设计缺乏针对性,不符合生产实际,造成讲标时“天花乱坠”,落地时“水土不服”。

三、产线管理系统“无心插柳”

    产线管理系统(LMS)从设备的中控系统(SCADA)发展而来,开始只是在数据采集的基础上分析设备运行效率,随着饮品企业对生产管理要求的提高,逐步扩展出现场作业执行功能,发展成完整的产线管理系统。

    LMS包括运行监控、设备绩效、生产记录、设备运维等功能。它能监控生产运行的状态,自动分析设备OEE等绩效指标,帮助改进设备问题、提高生产效率;它可以自动记录产出和原辅料消耗,汇总生产统计数据,替代纸质记录和手动统计;它能够对生产过程进行管控,减少偏差;它能根据设备实际运行情况,自动触发保养或维修提醒。

    LMS完美实现设备数据集成。既能实现设备数据的上传,也能实现生产指令的下达。既能开放原有的设备数据,也会根据生产管理的需要,增加更丰富的产出和损耗等数据。

    LMS实现准确的生产统计,可以从设备自动获取生产数、合格数,统计每班、每产线、每品项、每批次的产出和消耗。与原有的纸质记录相比,可以更精细,如辅料消耗可以精确到产线、品项、批次;可以更全面,不仅记录产出和物料消耗,还能记录能耗、工时和机时等。

    LMS可以帮助提高设备运行效率。通过精准地记录停机、运行时间以及具体的故障原因,LMS能够帮助分析和定位设备问题,提高设备运行效率。能根据设备实际运行状况触发保养和维修提醒,提高设备管理水平。

    更为重要的是,LMS能充分利用设备厂家在设备和工艺方面的优势,对生产进行优化和提升。比如提供一键换产功能,提高产线的柔性;比如提供过程质量管控,可以在生产过程就介入品质管控,而不仅仅是事后追溯,提高产品质量。

    LMS的推出,以较低的成本和较快的实施,迅速提升了车间基层信息化水平,实现了产线的透明化、精细化、数字化管理。与此同时,LMS出乎意料地解决了车间数据采集、设备集成、现场管控等MES实施难题,第一次方便、可靠地将控制系统与信息系统联系在一起,为MES成功实施铺平了道路。

    由于LMS的上述优点,LMS已经被越来越多生产厂家认可和重视,近两年在饮品行业得以迅速推广,已经逐渐成为新产线的标配系统。

四、产线管理使制造执行“如虎添翼”

    LMS和自动化设备紧密集成,完美解决了车间数据采集、设备集成、现场管控等MES实施难题,为饮品企业实施MES扫清了障碍。具体实施时,MES可以集成各产线LMS系统,直接利用LMS已有的设备采集和现场作业执行功能,再扩展生产计划、排程、物料管理、质量管理和批记录管理等功能,就能成功实现制造执行系统的落地。

    在LMS基础上实施的MES,能掌握实时、准确、全面的生产信息,满足透明化要求;能基于全面和准确的生产数据,实现部门和工序协同,实现生产资源协同,满足精细化要求;既能自动记录过程值,又能把操作指导和工艺参数下达到作业终端和设备,实现生产无纸化要求;能对现场作业进行严格的管控,满足合规要求。

MES集成各产线LMS系统

MES集成各产线LMS系统

    不仅如此,在此基础上的MES还能优化生产计划、优化车间排程、提高设备运转效率、提升质量、改进工艺,满足生产优化的要求。可以说,具备这些特点的MES真正承担起数字化工厂承上启下的核心作用。

五、从LMS到MES的完美方案

    艾克信控早在2015年开始研发产线数据采集和绩效分析软件,并以此为基础推出了专门用于配套的产线管理软件AicLMS。AicLMS内置OPC UA的实时库,支持OMAC行业规范接口,配置化程度高,实施简便,支持设备厂家独立实施,近几年来已经成功应用在水、饮料、乳品、果汁、食用油、奶粉、药剂等数十个灌包装生产线上。

    同时,艾克信控研发的数字化工厂MES软件AicMES,经过多年积累不断完善,最新的3.0版本在功能标准化和模块化方面有了显著提升。AicMES近期推出了食品饮料专用版,专门针对食品饮料的各种典型业务场景提供了最佳实践,确保能够快速实施并成功应用。

    为了实现从LMS到MES的无缝衔接,AicLMS的工厂模型和AicMES完全兼容,因此不需要重新定义工厂模型,只需要扩展产线和设备等物理模型,以及相应的业务模块,就可以从AicLMS顺利扩展到AicMES系统,显著简化了从LMS到MES的实施工作,大幅度降低成本和风险。

    综上所述,从LMS到MES的方式,不仅能够显著缩短MES项目周期,减少项目风险,降低综合成本。同时,能充分发挥MES效能,实现现场管控、调度和协同,实现生产优化,切实将生产管理水平推向一个新的高度。

责任编辑:程玥
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