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包裝線配置與生產流程

Arla食品公司加工廠房內安裝的四條相同的包裝生產線，已從2004年8月開始正式投入運行。每條包裝生產線所包含的設備均是相同的，其中包括：一臺電子稱重灌裝機、一臺Zalkin封蓋機、一臺Enercon感應密封機、一臺輪轉貼標機、兩臺Elopak手推式打包機。Arla食品公司加工廠房內的其它設備還包括了由Tetra Pak公司提供的牛奶加工設備，以及八臺由Logoplaste公司提供的吹塑成型設備（其穩定的速度，確保了灌裝生產線隨時可根據需要、通過傳送帶自動索取牛奶瓶）。Arla食品公司生產線的操作工藝流程為：吹塑、成型高密度聚乙烯（HDPE）瓶，再將加工好的牛奶從桶中傳送到生產線上，隨后進行灌裝、封口、貼標。通常，用打包機裝滿一個包裝箱可放置大約100個瓶（具體放置數量取決瓶子的大小）。包裝箱隨后通過小推車傳送到裝貨卡車上，直接送到距離客戶最近的倉庫。在生產線上的所有操作環節中，所涉及到的操作員工數量非常少。

企業概況與需求

位于英格蘭的英國Arla食品公司為其新建的奶制品工廠應用了創新的技術。該公司工程部負責人Soeren Vonsild先生介紹說：“Arla食品公司為五家超市供應奶制品，其中包括脫脂奶、半脫脂奶以及全脂牛奶，并且供給每家超市的產品的標簽各不相同。為此，我們生產了四種規格不同的包裝，容量分別為1、2、4和6品脫。由于Arla食品公司的奶制品需要送到55個不同的倉庫，為了減少生產和運輸轉換時間，我們必須尋求一種全新的、靈活性高的管理方式。”

Arla食品公司擁有一個灌裝速度很快的工廠環境。例如，以包裝4品脫牛奶的生產線為例，該公司的包裝速度為345瓶/分。在高速的生產環境中，液體滲透、標簽偏移、瓶蓋異形將可能導致產品的質量不合格，而不合格的容器將會被向上傳送至上游的貼標機工位上，使貼標機必須為更多合格的容器貼上標簽，以彌補不合格容器的數量，進而造成容器的浪費。

訂單管理系統

通常，食品生產企業獲得的訂單是以批量的形式通知到工廠的，我們將以如下實例介紹訂單批量管理方式。比如，一家超市客戶需要10000瓶4品脫包裝的脫脂牛奶，而其他九家超市也需要同樣包裝規格的牛奶，但所需數量不等。此時，這10批訂貨單均會經由ERP系統通知到生產企業的加工車間，且遵循如下的生產流程：當所發的貨品從一家零售商轉至下一家時，貼標設備會在包裝上打印出不同的標簽，并等候發貨。

Arla食品公司選用的創新管理方式應用了一種完美融合了加工與包裝工藝的新系統，該應用系統由Krones公司旗下的Syskron子公司提供，這是一套新開發的自動訂單監控與管理系統。在應用了此系統之后，工廠內每一班的生產經理不再需要根據生產計劃來安排操作人員停機或開機，因為這一切工作都將成為自動過程。操作人員只需定時更換標簽卷軸，以及補充料斗中存儲的瓶蓋。

Arla食品公司的工程部負責人Soeren Vonsild先生表示：“此前，我們的工廠一直存在容器貼標錯誤、貼標數量偏差、編碼打印錯誤、瓶蓋顏色混亂等風險。而當前的生產線管理系統有效地防止了此類問題的發生。我們參照規范，將一切設備參數進行預先調試設定，相信我們能夠從自動訂單系統中獲得更多收益。”

先進信息系統的建立

Arla食品公司四條包裝生產線上所需的全部硬件設備及帶有集成元件的控制系統包括了：灌裝機、貼標機、旋蓋機、封口機和包裝機。Arla食品公司的所有設備均采用了以太網進行連接，并都擁有一個固定的IP地址。

Arla食品公司的四條包裝生產線上也匹配了四個用于運行Syskron生產線管理系統軟件的PLC。設備上的PLC無論出自哪家經銷商，都可被集成于網絡中，并通過網絡接受生產訂單。Arla食品公司的四條包裝生產線上還配備了四臺流程數據服務器。這四臺流程數據服務器可將所有收集到的數據詳細記錄下來，以分析未來的生產發展趨勢。其中，在流程數據服務器1和2之間，Arla食品公司擁有一臺微軟SQL數據庫服務器，用于儲存由這兩臺服務器采集到的相關時間數據。SQL數據庫服務器比流程數據服務器具備更大的儲存量，可滿足數據的長期儲存需求。而在流程數據服務器3與4之間，也存在一臺同樣的微軟SQL數據庫服務器，用于儲存由流程數據服務器3和4采集到的相關批量數據。

與每對流程數據服務器連接的是“網關PC機”，它可將一切信息連接至ERP系統。網關PC機中的一個模塊為FTP（文件傳輸協議）服務器，可將文件在ERP系統與下層系統之間來回傳送。網關PC機的另一個模塊為XML ISA-95接口，在閉環回路中，它允許實時信息在ERP系統與工廠之間來回傳送。從理論上講，ERP系統并不適合工廠在生產線上存取實時數據，而ISA-95標準可以方便工廠從一個網絡協議轉換為另一個網絡協議，從一個高級業務協議轉換成一個適用于工廠車間的生產協議。

由于采用了HMI軟件，Arla食品公司的工作人員可以獲得實時的生產圖像，并從圖像中了解整個吹塑成形、加工、包裝系統所發生的一切情況，實現符合S88標準和概念的批量生產。

Arla食品公司選用的ERP系統由SAP公司提供。每一條生產線上的許多獨立機械元件都緊密地與ERP系統集合在了一起。Arla食品公司的工程部負責人Soeren Vonsild先生表示：“現在，我們可以將生產指令從ERP系統向下傳達到加工機械和包裝機械上，再通過這些機械將生產數據收集起來回饋給ERP系統。這個先進的操作流程將把我們所有的工作流程集合在一個層面內實現管理。”

批量化生產解決方案

Syskron公司的Klaus Doppler先生表示：“S88標準和概念是一種適合于包裝生產的批量加工方法。以貼標環節為例，如果企業采用S88標準方法，貼標機將不再是一個單一的設備。企業可以將貼標設備視為功能單元或功能模塊，依靠標準化的S88機械標準，您可將多個功能單元聯系在一起。生產線上一個執行動作的開始或結束狀態，都會與下一個功能單元發生聯系，從而使其發揮功能。”

批處理指令由企業ERP系統發送并傳輸至生產線管理系統，它將一個指令分成多個小指令并分配給每一臺包裝設備。執行批處理指令的直接收益為，每一臺包裝機可以在任意時間、任何位置及時獲得所需的一切信息。包裝機不但能執行當前的批量生產任務，還能執行下一批量的生產任務。因此，當下一批產品正式投產時，操作員也能正確處理與該產品相關的產品標簽，以及相關的容器瓶蓋顏色。

以Arla食品公司的實際生產情況為例，如果需要預留少數幾個操作人員在灌裝車間工作，他們的操作工位應位于工廠二樓、貼標機與旋蓋機的安裝工位。操作人員需要完成的工作為：通過HMI屏幕監控由ERP系統傳遞的命令在生產工序中的具體位置，并為生產線執行下一個工序做好準備。食品生產企業所生產的每一批產品都可能發生變化，這主要體現于灌裝牛奶的脂肪含量、容器所用的標簽材料、在標簽上打印的編碼以及瓶蓋的顏色（脫脂牛奶、半脫脂牛奶和全脂牛奶需使用不同顏色的瓶蓋）。以貼標生產的實際情況為例，操作人員根據他們在HMI屏幕上觀察到的情況，將卷筒標簽材料安裝到對應的貼標單元上，并確保操作無誤。如果生產線需要貼一種新的標簽，首先，貼有新標簽B的容器瓶在準備進入灌裝機時，一旦首個容器瓶上的條碼被掃描識別確認，灌裝機上的進瓶工序會自動停止。隨后，帶有舊標簽A的所有容器瓶將被從生產線上逐一剔除，并執行最后的、進入包裝機的包裝過程。當包裝機確認生產線上不存在貼有舊標簽A的容器瓶時，包裝機便會發出一個信號并傳達到灌裝機的進瓶工位上，使其繼續進給貼有新標簽B的容器。

當操作員從HMI屏幕上觀察到生產線需要將舊標簽A轉換成新標簽B時，他可在貼標機的進標位置處安裝一個新的標簽卷，并將這個新卷軸的一邊連接到滾筒的導向邊上；同時，操作人員還需要在HMI屏幕上確認新標簽B已準備就緒。當生產線到達一批舊標簽的生產臨界點時，貼標機會自動將速度降低至正常工作速度的一半，隨后切斷舊標簽A，這樣新標簽B將會自動銜接至舊標簽A的尾端。執行如此的工作進程，標簽雖然發生了變化，但生產速度只會自動降低，卻永遠不會停止。生產線在運動狀態下更換標簽，線上管理系統會一直跟蹤觀察哪些容器瓶接受了兩種標簽銜接處的混合標簽，并自動將這些容器瓶檢測并剔除出來。

此外，操作人員還需要將適量的瓶蓋裝滿料斗，并通過HMI屏幕確認是否成功地完成了這一操作步驟。如果不對上述這些項目的執行情況加以確認，系統將不會順利完成下一步的操作。