Особливості керування порційним виробництвом

Приймаючи участь у розробці систем керування нам неодноразово довелося спілкуватися з різними представниками (стейкхолдерами) виробництва: начальниками КВПіА, головними технологами, головними інженерами, начальниками виробництва і т.п. Також ми маємо постійні контакти і з представниками інтеграторів та інжинірингових компаній. Мусимо констатувати, що більшість з них не можуть відрізнити ділянки підприємства з порційним виробництвом від неперервного чи дискретного. На нашу думку, перш за все це пов’язано з тим, що їм ніколи не доводилося займатися такою класифікацією, бо не було на то причин.  Іншим фактором, що особливо зустрічається у автоматників,  є сприйняття виробничої діяльності через нерозривність технологічного процесу і устатковання, яка є характерною для неперервних виробництв. Зрештою, ми самі колись так сприймали виробництво J. Саме тому ми вважаємо варто тут навести особливості порційного виробництва та задачі, які ставляться перед розробниками систем автоматизації.             

 Під порційним виробництвом (Batch production) розуміється спосіб виготовлення продукції, за якого певна порція матеріалу (партія, batch) проходить поступову покрокову обробку відповідно до технології, що означена в рецепті. Наявність різних рецептів (регламентів) виготовлення ще не робить установку або частину її устатковання (обладнання) виробництва порційним. Ключовим моментом тут є проведення кожної технологічної дії над усією порцією (партією) матеріалу одночасно. Тому, скажімо, ємність, в якій готується суміш (змішується, проходить термічну обробку) відноситься до устатковання порційного виробництва. А пастеризаційна установка (набір теплообмінників в потоці) – ні, так як порція проходить через установку поступово, і в один момент часу обробляється тільки її частина.

Слід зазначити, що установка для виробництва одного і того самого продукту може бути як порційного так і неперервного типу. «Порційність» має певні переваги та недоліки порівняно з неперервною обробкою.  Неперервний спосіб потребує обробки в потоці, тобто усі технологічні процеси проходять на різних ділянках установки. Це дає велику продуктивність, однак потребує додаткового обладнання для змішування, рециркуляцій і т.д (див.рис.1). Такий спосіб виробництва передбачає постійного виготовлення продукції  (великих партій) за однією технологією, тому запускається на досить тривалий період (тижні, місяці). Найбільш важкими для такого виробництва з точки зору керування є запуски, заплановані та нештатні зупинки.

Порційний спосіб передбачає проходження технологічних процесів розподілено не за потоком а за часом. Найбільшим недоліком такого виробництва є його менша продуктивність порівняно з неперервним. Але «порційність» дає певні переваги:

  1. як правило використовується менша кількість обладнання, ніж для неперервного виробництва;
  2. невеликі розміри партій і відповідно час виготовлення;
  3. одне і те саме обладнання можна використовувати для виробництва різних продуктів.

Таким чином порційне виробництво дає можливість на одному і тому самому устаткованні виробляти невеликі партії продукту за різними рецептами. Це основа гнучкого виробництва, яка надає  можливість швидко підлаштуватися під кон’юнктуру ринку. Не дивлячись на такі потенційні переваги самого типу виробництва, для максимального «вижимання» з нього усіх можливостей потребується просунута система керування. Деякі методи керування неперервним виробництвом тут можуть бути просто неефективними. Які ж додаткові завдання повинна реалізовувати система керування порційним виробництвом? Зупинимося на найбільш важливіших.

1. Можливість виготовлення продукції на будь якому устаткованні, що фізично на це здатне. Припустимо, якийсь апарат фізично може проводити усі необхідні технологічні дії для виготовлення продукції. Цього повинно бути достатньо, щоб використовувати його в системі керування. Однак, якщо рецепт продукту в системі не закладений, керування виготовленням можна  зробити тільки вручну. Поява нового рецепту потребуватиме нового технологічного процесу, який по суті фізично може бути проведений на наявному устаткованні, але потребує підтримки зі сторони системи керування цим устаткованням. Задача спрощується, якщо в рецептах продукту змінюються тільки технологічні параметри, які можна змінювати за зміни рецепту. Але не тривіальною задачею є розробка системи керування, яка б підтримувала зміни послідовності кроків, зміни додаткових умов, або необхідність паралельного виконання технологічних дій, оскільки це потребує нового означення технологічної програми.

2. Планування та перепланування. Гнучкість порційного виробництва потребує швидкого планування. Навіть якщо на виробництві є система MES, як правило вона забезпечує планування до рівня робочого центру, але не до технологічного устатковання всередині нього. Крім того, постійні зміни умов проходження процесу в середині робочого центру потребує перепланування.          

3. Координація ручних та автоматичних операцій. Порційне виробництво нерідко потребує використання ручних операцій, наприклад дозування або проведення замірів. Система керування повинна передбачати такі дії, зокрема формувати завдання для операторів відповідно до рецепту (наприклад у вигляді повідомлень), отримувати підтвердження виконання та робити відмітки в журналі. Навіть якщо технологічні дії відбуваються повністю в ручному режимі, їх координація та фіксація у виробничих журналах має також проводитися системою керування.

4. Простежуваність процесів. Простежуваність виробництва включає три складові:

  1. простежуваність постачальника (зовнішня простежуваність, крок назад);
  2. простежуваність процесів (внутрішня простежуваність);
  3. простежуваність покупця (зовнішня простежуваність, крок вперед).

Внутрішня простежуваність потребує попередньої фіксації параметрів проходження всіх технологічних процесів виробництва та задіяного при цьому устатковання з можливістю їх визначення за сировиною (пряме простежування) або за продуктом (зворотне простежування). Система керування повинна забезпечувати фіксацію виконання усіх технологічних операцій (у тому числі ручних) та виведення їх у звіти за ідентифікатором партії продукту або за ідентифікатором партії сировини.         

5. Інтегрування з верхнім рівнем. На відміну від неперервних виробництв, для вищих рівнів керування (MES/MOM, або ERP) недостатньо передавати тільки агреговані та усереднені значення основних виробничих параметрів. Необхідно надавати дані про партію, зокрема про рецепт та технологічні параметри, при яких вироблялась партія. У свою чергу система керування виробничими операціями (MOM) повинна також передавати календарний план виготовлення партій, який узгоджений зі станом виробничого устатковання.

Реалізація наведених вище завдань потребує достатньо трудоємких процесів як при розробці, так і супроводженні систем керування. Вирішування їх «з нуля» навіть з використанням сучасних засобів автоматизації приводить до затяжних, а інколи невдалих проектів. З точки зору замовника, такі проекти можуть привести до створення унікальних рішень АСКТП для кожної технологічної ділянки, що ускладнює обслуговування та інтеграцію. Замість цього, можна використовувати кращі практики затверджені в стандарті ISA-88 та його аналозі IEC-61512, які вже існують більше 20-ти років. Вони повністю означують правила побудови таких систем з забезпеченням усіх наведених вище додаткових функцій. Цей стандарт перевірений на багатьох порційних і не тільки виробництв. Це значить, що використання його є фундаментом для розробки високоефективних систем керування порційним виробництвом. Знання його основ повинно бути обов’язковим для  всіх автоматників, а також для технологів, які розробляють та супроводжують рецепти порційного виробництва.                  

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *