Výroba potravin a nápojů je náročná v mnoha ohledech, jako jsou přísné požadavky na jakost, tlak trhu na soustavné snižování nákladů nebo šaržový charakter výrob a s ním související technologie. Aby byli výrobci úspěšní, musí velmi účelně používat jak své stávající technologie s vestavěnou automatizací, tak systémy pro řízení výroby. Článek popisuje integrovaná řešení české inženýrské firmy COMPAS automatizace, spol. s r.o. (dále jen COMPAS), které splňuje nejen současné požadavky na automatizaci a řízení výroby, ale z hlediska své koncepce i požadavky budoucnosti.
COMPAS využívá jak nejrozšířenější platformy automatizační techniky (komponenty firmy SIEMENS), tak vlastní inženýrská řešení včetně vyvinutých IT/MES produktů. Díky tomu může nabídnout nejmodernější řešení z hlediska funkcí, za dostupné náklady pro podniky. Navíc se jedná o osvědčená řešení nejen u výrobců potravin a nápojů.

Šaržově orientovaná automatizace

Výroba potravin a nápojů má šaržový charakter. To umožňuje velkou pružnost výroby jak z hlediska nových výrobků, tak z hlediska množství výrobků podle zakázek prodejců. Výrobní technologie je obvykle rozdělena na dvě části, z nichž první představuje procesní část, tedy výrobu materiálů (hmot nebo polotovarů), druhá pak finální linky vyrábějící potraviny nebo nápoje včetně jejich balení nebo plnění do finálních obalů.

Z hlediska potřeb výrobních procesů potřebuje procesní část technologie (např. zásobníky surovin, doprava materiálů, váhy, tanky s míchadly, filtry, odstředivky, odparky a zásobníky materiálů aj.) pružnou šaržovou automatizaci, která je nejlépe řízena tzv. batch systémy. Ty umožňují volně konfigurovat výrobní postup (tzv. předpis) i pro výrobu variant stávajících, nebo i zcela nových výrobků. Výroba zavedeného portfolia výrobků je řízena pomocí předpisů uložených v knihovně batch systému procesní části technologie, příslušný předpis je pro aktuálně vyráběný výrobek spuštěn a ve spolupráci s řídicím systémem vyrobí na dané technologii potřebný počet šarží.

Z hlediska potřeb druhé části výrobních procesů, tj. finální výroba potraviny či nápoje v obalu, je vhodná recepturově orientovaná automatizace, která má obvykle pevné programy související s konkrétními stroji (např. dopravníky, plničky, baličky, paletizátory), které jsou součástí vestavěných řídicích systémů (PLC). Ty je možné parametrizovat pro konkrétní výrobek recepturou, v rozsahu možností strojů, připravenou z knihovně nadřazeného systému technologie. Příslušná receptura je pro aktuálně vyráběný výrobek z knihovny nahrána do řídicího systému pro danou výrobní kampaň (počet šarží podle výrobní objednávky).

Firma COMPAS vyvinula a dlouhodobě úspěšně aplikuje řešení využívající pro řízení procesní části technologií PLC systémy Simatic S7 a vizualizační systémy, s fázovou logikou a nadřazeným systémem COMES Batch (obr. 1), který umožňuje nejen řídit, ale také automaticky zaznamenávat veškeré údaje o výrobě (elektronický záznam EBR) a dokumentovat výrobu (výrobní protokol BP). Osvědčené řešení s batch systémy bylo použito ve více jak padesáti projektech, z největší části v oborech výroby potravin a farmacie. Pro finální technologie a výrobní linky nabízí PLC Simatic S7 a recepturový systém COMES pro receptury a jejich správu a také automatický záznam a protokoly o výrobě (EBR, BP).

Záznamy a protokoly mohou být následně využity pro mnoho účelů, například pro:

• optimalizaci výroby z hlediska procesu i jakosti,
• dokladování jakosti výroby (tj. zdokumentování všech procesů a podmínek výroby šarže),
• traceability šarže potraviny nebo nápoje,
• audity regulačních orgánů,
• zákazníky aj.

Obr. 1: COMES Batch – příklad řízení výroby šarže

Modernizace starších automatizačních systémů

Potravinářské technologie mají obvykle delší „životní“ cyklus než jejich elektrické a automatizační systémy. Proto je často požadována modernizace automatizace, která umožňuje nejen obnovu funkcí původních systémů, ale i mnoho vylepšení souvisejících s inovací řízeného zařízení, technologie či výrobního procesu. Z toho vyplývají požadavky na náhradu zastaralých PLC jiných výrobců (např. stále ještě mnoho instalovaných Simatic S5) za moderní řídicí systém řady Simatic S7 nebo Simotion, instalace řízených pohonů aj. Především je však možné inovovat způsoby řízení programovým vybavením. Možné přínosy mohou znamenat:

• lepší řízení, vyšší využití zařízení, zvýšení taktu výroby,
• intuitivní způsob ovládání pro operátory,
• nový přístup k řízení procesu využitím pružného recepturového řízení nebo batch systémů,
• zvýšení bezpečnosti,
• integraci s IT systémy nadřazených úrovní související s výrobními funkcemi, jako je sběr dat, sledování a elektronická dokumentace výroby, synchronizaci v reálném čase s dalšími zařízeními a výrobními procesy, optimalizace technologie, plánování a přidělování výroby nebo podpory preventivní údržby.

Přínosy tohoto inovačního řešení představuje nová funkčnost podle potřeb uživatele a možností zařízení, kontinuita v automatizační technice a její údržbě.

Firma COMPAS má zpracovány standardní postupy pro efektivní modernizaci starších PLC za Simatic S7, které zaručují minimalizaci rizik, vysokou jakost a krátké realizační termíny. Využití SIEMENS a COMPAS standardů v podobě knihoven automatizačních funkcí a jejich komponent pro ovládání Faceplate přináší uživatelům jednotné ovládání, úspory v údržbě a vyšší dostupnost zařízení.

Vyhodnocování výroby v reálném čase

Pro vyhodnocování výroby slouží osvědčená aplikace COMES OEE, která pomáhá již mnoha podnikům v ČR lépe řídit svoji výrobu. Slouží pro vyhodnocení efektivity výrobních linek podniku pomocí klíčových výrobních ukazatelů – KPI. COMES OEE poskytuje informace výrobnímu týmu okamžitě v průběhu výroby šarže a tím průběžně motivuje výrobní tým k nejlepšímu výkonu. Výsledky je možné zobrazovat i na velkoplošných TV umístěných nad výrobními linkami (andon). Současně poskytuje manažerům výroby informace k optimalizaci a řízení výroby.

COMES OEE poskytuje přehled o produkci linek, jejich odstávkách (downtime management), počtu shodných a neshodných kusů a důvodech neshod (quality management). Vypočítává a zobrazuje nejdůležitější KPI statistiky, jako jsou OEE, protokol prostojů (obr. 2), protokol neshod (vad výrobků) a směnové protokoly aj. COMES OEE je univerzálně použitelná aplikace pro libovolné výrobní linky bez ohledu na jejich provedení automatizace i na linky bez řídicích systémů. Uživatel si může instalovat COMES OEE i vlastními pracovníky na podnikový IT server.

Aplikace COMES OEE využívá systémovou architekturu a IT funkce systému COMES. Proto je možné ji doplnit o speciální uživatelské funkce. Podniku nabízí vysokou výkonnost od několika až po stovky linek. IT platforma klient/server umožňuje ochranu dat a webová architektura transparentní dostupnost výsledků výroby v reálném čase pro stacionární i mobilní prostředky uživatelů. Významnými přínosy jsou rovněž minimální nároky na hardware a administraci systému.


Obr. 2: COMES OEE – příklad protokolu prostojů

Integrované funkce automatizace a řízení výroby

Nové technologie jsou obvykle produktivnější než staré, ale jejich nákup nevede k systémům integrovaným, protože výrobci technologií tyto problémy neřeší. Proto si musí podniky budovat integrovaná řešení v rámci své strategie. Integrovaná řešení firmy COMPAS nabízí vyšší produktivitu, jakost a úspory nákladů díky funkcím:

• automatické vyhodnocování výroby v reálném čase pro její optimalizaci,
• optimalizace výroby z hlediska nákladů (měření spotřeb materiálů a energií na šarži aj.),
• zvýšení jakosti a její rovnoměrnost v čase,
• automatické sledování materiálů ve výrobě, traceability,
• úspory výrobní administrativy, elektronická dokumentace výrobních šarží,
• řízení údržby,
• a řadě dalších sofistikovaných funkcí, jako například plánování APS.

Protože je někdy obtížné vysvětlit, co integrovaná a sofistikovaná řešení přináší, zkusíme to obráceně, tedy jaké ztráty přináší neintegrovaná řešení, například:

• nižší produktivitu výroby, nižší využití technologie (prostoje),
• chyby v ruční parametrizaci vedoucí ke ztrátám v jakosti,
• výroba je dokumentována ručně, často s nevěrohodnými daty, která nemohou sloužit k optimalizaci,
• plýtvání lidskou prací (náklady na výrobní administrativu),
• plýtvání surovinami,
• vyšší spotřeby energií.

Závěr

Současné tržní prostředí klade mimořádné nároky na produktivitu, jakost a efektivitu výroby výrobců kvalitních potravin. K úspěchu pomáhají řešení, která podporují výrobní tým jak z hlediska vysoce výkonných technologií, jejichž je nejlépe šaržově orientovaná automatizace nedílnou součástí, tak z hlediska informací pro optimalizaci výroby, ke kterým patří statistiky (OEE, sledování prostojů DTM, sledování jakosti) a motivace pracovníků v reálném čase v prvé řadě.

Osvědčená řešení firmy COMPAS, která vyvinula perspektivní šaržovou automatizaci na platformě techniky SIEMENS s vyhodnocováním výroby vlastním systémem COMES, již více jak deset let pomáhají k úspěchu mnoha podnikům vyrábějícím potraviny a nápoje. Zkuste v nových projektech nebo při modernizacích perspektivní řešení COMPAS automatizace, věru máme co nabídnout jak výrobcům potravin a nápojů, tak i výrobcům těchto technologií!

Vlastimil Braun
Autor článku, Ing. Vlastimil Braun, působí ve společnosti COMPAS automatizace, spol. s r.o.

vlastimil.braun@compas.cz
www.compas.cz