對(duì)控制系統(tǒng)技術(shù)的重新思考

在過(guò)去幾十年里，技術(shù)創(chuàng)新對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。對(duì)許多制造商而言，工業(yè)自動(dòng)化能夠使其優(yōu)化生產(chǎn)流程。然而有一些制造商或是費(fèi)盡千辛萬(wàn)苦才能將新技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)中，或是根本無(wú)法充分利用控制系統(tǒng)所提供的便利。但是鑒于原材料、勞工及能源價(jià)格的不斷上漲以及新監(jiān)管政策的出臺(tái)，實(shí)現(xiàn)效率最大化仍然是制造業(yè)的主要任務(wù)。在這篇文章中，tna集團(tuán)負(fù)責(zé)控制領(lǐng)域的銷售經(jīng)理Chris Jones探討了制造工廠流程效率低的主要原因，并為克服這些困難提出了行之有效的方法。

鎖定低效問(wèn)題

在加工業(yè)中，低效問(wèn)題相當(dāng)普遍，并且可能出現(xiàn)于生產(chǎn)周期的每一階段。其中包括食品安全、材料損耗、能源浪費(fèi)，甚至可能是由生產(chǎn)線嚴(yán)重失調(diào)所造成的。通常情況下，這些低效問(wèn)題都未被發(fā)現(xiàn)或被忽略，而企業(yè)則要為此付出代價(jià)，其盈利能力及競(jìng)爭(zhēng)能力都會(huì)受到明顯影響。盡管技術(shù)可能無(wú)法解決生產(chǎn)流程中的所有低效問(wèn)題，但它對(duì)發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題卻起到了至關(guān)重要的作用?？刂葡到y(tǒng)，像可編程邏輯控制器 (PLC) 和監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集 (SCADA) 系統(tǒng)等，能夠很容易地與現(xiàn)有生產(chǎn)線相集成，使生產(chǎn)線中效率最為低下的環(huán)節(jié)暴露無(wú)遺。它們還可用于定位技術(shù)來(lái)改善工作流程。一旦這些系統(tǒng)完成分析后，所得數(shù)據(jù)便可幫助工廠操作員確定最易發(fā)生低效問(wèn)題的具體領(lǐng)域。

通過(guò)可追溯性確保食品安全

食品安全對(duì)所有制造商而言都至為重要，若想保證客戶的忠誠(chéng)度，就必須確保極高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題在原材料和成品中都會(huì)出現(xiàn)，它通常是由控制系統(tǒng)的指定不當(dāng)、過(guò)時(shí)或配置不佳所引起的。除了會(huì)造成巨額的成本，潛在客戶的投訴也將會(huì)對(duì)企業(yè)的聲譽(yù)構(gòu)成威脅。隨著FDA等監(jiān)管部門為確保產(chǎn)品質(zhì)量及安全推出更多“防范”機(jī)制，這類低效問(wèn)題是很多生產(chǎn)基地需要迫切關(guān)注的問(wèn)題之一。

通過(guò)提高整個(gè)生產(chǎn)鏈的可追溯性，操作員可重新掌控產(chǎn)品質(zhì)量和食品安全。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，應(yīng)從盡可能多的生產(chǎn)流程中收集詳細(xì)可靠的數(shù)據(jù)并進(jìn)行全面評(píng)估，這一點(diǎn)至關(guān)重要。條形碼掃描和在線監(jiān)控系統(tǒng)可保證產(chǎn)品始終符合產(chǎn)品規(guī)格并遵循所有食品安全規(guī)范。使用高效追蹤系統(tǒng)監(jiān)控所有生產(chǎn)出的產(chǎn)品、控制現(xiàn)有庫(kù)存、更新產(chǎn)品保質(zhì)期，將有助于減少原料的浪費(fèi)，準(zhǔn)確計(jì)算庫(kù)存并自始至終保證產(chǎn)品質(zhì)量。

減少浪費(fèi)

材料浪費(fèi)不僅僅涉及原材料浪費(fèi)。隨著生產(chǎn)線自動(dòng)化程度的提高，產(chǎn)品的加工速度也空前提升，但這也同時(shí)增加了損壞或損耗的機(jī)會(huì) 。材料浪費(fèi)通常由設(shè)備控制錯(cuò)誤或流程嚴(yán)重失調(diào)引起，這對(duì)于所有工廠經(jīng)理而言都是個(gè)大問(wèn)題，因?yàn)樗鼤?huì)影響到整個(gè)生產(chǎn)周期。如果未能及時(shí)發(fā)覺(jué)，僅僅一處錯(cuò)誤就能對(duì)大量產(chǎn)品造成損害，造成不必要的停工和過(guò)度浪費(fèi)。

通過(guò)詳細(xì)的用戶需求標(biāo)準(zhǔn) (URS)，控制系統(tǒng)供應(yīng)商可幫助特定生產(chǎn)流程確定其所需的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo) (KPI)。經(jīng)分析之后，URS 將被轉(zhuǎn)換為功能設(shè)計(jì)規(guī)范 (FDS)，用于加強(qiáng)流程管理。這樣，生產(chǎn)流程就會(huì)變得更加順暢、更加可靠，以便最大程度地減少浪費(fèi)并避免生產(chǎn)停機(jī)。

重新調(diào)整提高精確度

毋庸置疑，控制系統(tǒng)對(duì)規(guī)范生產(chǎn)流程而言至關(guān)重要，但是它們不總是從一開(kāi)始就能確保流程的高效性。它們通常需要進(jìn)行精確的設(shè)置和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)整。但由于實(shí)際原因，控制系統(tǒng)很少能夠完成一套精密調(diào)整的完整控制環(huán)路。因此，這為很多可變因素提供了機(jī)會(huì)，導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)停工的情況，不但會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且還會(huì)降低生產(chǎn)線的效率。

因此，操作員需要再次訪問(wèn)原始的PLC控制代碼，對(duì)比例積分微分 (PID) 環(huán)路進(jìn)行精密調(diào)配。這一點(diǎn)可通過(guò)觀察環(huán)路參數(shù)、手工輸入新的比例、積分和微分值或者通過(guò)專用環(huán)路調(diào)整包以電子方式實(shí)現(xiàn)。但是，一些工廠可能需要進(jìn)行更為復(fù)雜的環(huán)路調(diào)整，在這種情況下，操作員應(yīng)該考慮使用基于模型的控制器。該系統(tǒng)以PLC控制環(huán)路為基礎(chǔ)，使用其自身的基于PC的平臺(tái)，可在流程偏離設(shè)置點(diǎn)之前對(duì)其方向進(jìn)行預(yù)測(cè)并采取糾正措施。

打造出高效的團(tuán)隊(duì)

盡管目前的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)使大多數(shù)制造流程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但是勞動(dòng)力成本依然是所有工廠預(yù)算的最大部分，因此，工廠經(jīng)理迫切希望充分利用其員工隊(duì)伍，這一點(diǎn)是可以理解的。但是，如果普遍使用落后的程序，那么，同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)就不那么容易了。很多工廠都將正常的生產(chǎn)時(shí)間浪費(fèi)在維護(hù)及修理工作上，而在另外一些工廠中，員工可能忙于重復(fù)性的操作，但這些工作本可以由機(jī)器完成地更加精確。這不但可以減少人為錯(cuò)誤，還可為員工騰出時(shí)間，使他們專注于更具挑戰(zhàn)性的工作。

詳細(xì)審查流程中的每一部分可確定哪些工作最好由機(jī)器執(zhí)行或者由機(jī)器執(zhí)行更為精確，為員工騰出時(shí)間執(zhí)行重復(fù)率較低的工作。還可以通過(guò)將現(xiàn)有PLC系統(tǒng)與簡(jiǎn)潔清晰的人機(jī)界面 (HMI) 結(jié)合運(yùn)用來(lái)提高效率。這比肉眼能更快地檢測(cè)出故障，允許操作員對(duì)故障采取立即措施，最大程度地減少停機(jī)和浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生。

控制能源成本

隨著自動(dòng)化流程的廣泛使用，能源消耗也日益增加。盡管在2006 年至2010 年間美國(guó)制造部門的能源使用減少了近10%，但是陳舊或保養(yǎng)不善的機(jī)器每天依然消耗掉了大量的電力、天然氣和水資源。設(shè)備泄露、絕緣性能不良、過(guò)熱、不必要的照明及因配件陳舊而進(jìn)一步加重了這一狀況，以上種種都增加了每月的能源成本。同時(shí)隨著能源價(jià)格的上漲，對(duì)所有運(yùn)營(yíng)商而言，都應(yīng)密切關(guān)注能源的消耗水平，以維持盈利能力。據(jù)碳信托 (Carbon Trust) 的消息稱，能源成本削減20% 意味著可獲得的效益等同于將銷售額提高 5%。

通過(guò)部署流量計(jì)、運(yùn)動(dòng)傳感器及電表等感應(yīng)設(shè)備，可檢測(cè)整個(gè)工廠范圍內(nèi)的能源消耗。一旦安裝控制系統(tǒng)后，它可為操作員提供詳細(xì)的能源報(bào)告，使他們有能力確保僅在需要的時(shí)間和地點(diǎn)使用能源。

最大程度地降低對(duì)環(huán)境造成的影響

保持較低的能源成本也是一種提升效率和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程可持續(xù)發(fā)展的方法。但是，隨著生產(chǎn)產(chǎn)量的提高，向環(huán)境中排放的廢液和廢氣量也隨之增長(zhǎng)。工業(yè)污染依然是業(yè)內(nèi)對(duì)環(huán)境造成真正威脅的一大重要問(wèn)題。隨著全球各國(guó)政府對(duì)污染源頭的步步緊逼，缺乏有效的環(huán)境控制系統(tǒng)不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并且在一些情況下還會(huì)導(dǎo)致工廠關(guān)閉。因此，迅速檢測(cè)出違規(guī)和泄露等問(wèn)題對(duì)于維持生產(chǎn)流程的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

通過(guò)在選定地點(diǎn)安裝其它感應(yīng)設(shè)備，工廠操作員可在廢物排放之前對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。感應(yīng)器獲得的數(shù)據(jù)可通過(guò)4-20mA 信號(hào)反饋至PLC系統(tǒng)，再與設(shè)置的可接受參數(shù)進(jìn)行比較。根據(jù)這一數(shù)據(jù)，流程可能允許排放，或創(chuàng)建一個(gè)超出公差范圍的警報(bào)進(jìn)一步激活阻止有害物質(zhì)排放到環(huán)境中的程序。記錄數(shù)據(jù)還將提供詳細(xì)的記錄，以便在需要時(shí)提交至外部監(jiān)控機(jī)構(gòu)，這可消除巨額罰款的風(fēng)險(xiǎn)，確保安全高效的運(yùn)營(yíng)。

結(jié)論

制造業(yè)中存在各種各樣的低效問(wèn)題，每種問(wèn)題都涉及到生產(chǎn)流程的不同方面。一些問(wèn)題只是成本高昂，但有一些問(wèn)題卻可對(duì)企業(yè)構(gòu)成真正的威脅。從盡可能多的生產(chǎn)流程環(huán)節(jié)中收集詳細(xì)可靠的數(shù)據(jù)，這對(duì)控制產(chǎn)品流程及實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)至關(guān)重要。

控制系統(tǒng)對(duì)于任何工廠而言都是一筆真正的資產(chǎn)，因?yàn)樗鼈兡軌驒z測(cè)出需要注意的領(lǐng)域，幫助規(guī)范工作流程，使所有產(chǎn)品均能符合規(guī)格。為了實(shí)現(xiàn)最佳的流程效率，系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)良好、準(zhǔn)確并能定期進(jìn)行維護(hù)，這一點(diǎn)非常關(guān)鍵。

在任何情況下，憑借控制系統(tǒng)專家的幫助，從一開(kāi)始就可提升流程的運(yùn)作效率。它們不僅能幫助工廠經(jīng)理根據(jù)需求選擇合適的系統(tǒng)，還可確保其自身安裝正確并得到定期維護(hù)，為保持生產(chǎn)效率提供保證。(end)