給飲料生產(chǎn)加點智慧——西門子助力娃哈哈打造中國首條數(shù)字化與智能化飲料生產(chǎn)線
文: 西門子(中國)有限公司2018年第五期
“甜甜的酸酸的,有營養(yǎng)味道好,天天喝,真快樂”,“愛你就是愛自己”、“早上喝一瓶,營養(yǎng)一上午”……當這些耳熟能詳?shù)膹V告語響起,娃哈哈飲料的滋味便會隨著舊時回憶一起浮上許多人的心頭。
從酸酸甜甜的AD鈣奶到香甜可口的八寶粥,從遍布大街小巷的純凈水到暢銷中外的營養(yǎng)快線,對很多80后、90后而言,娃哈哈并不只是一個家喻戶曉的飲料品牌,它承載了不停歇的時光,更包含了對童年最美好的回憶。
轉眼間,創(chuàng)建于1987年的杭州娃哈哈集團有限公司已經(jīng)步入“而立之年”。當初依靠代銷汽水、棒冰起家的小公司如今已經(jīng)成長為中國最大、效益最好的飲料企業(yè),飲料產(chǎn)量位居世界前列,產(chǎn)品主要涵蓋蛋白飲料、包裝飲用水和碳酸飲料等十余類190多個品種。娃哈哈在全國29個省市自治區(qū)建有近80個生產(chǎn)基地、180多家子公司,擁有員工3萬名。
娃哈哈下沙第二生產(chǎn)基地
然而,新的時代也帶來了新的挑戰(zhàn)。在如今的飲料市場,消費者渴望“嘗鮮”,并且更加注重健康、品味和文化。因此,飲料企業(yè)需要提供品類更加豐富、包裝更加新穎的飲品。這對企業(yè)生產(chǎn)線的柔性提出了極高的要求。同時,競爭愈發(fā)激烈。為了提高競爭力,企業(yè)也需要在生產(chǎn)、能源管理和運維等方面降低成本、提高效率。最后,飲料企業(yè)必須不斷提高產(chǎn)品質量,保障食品安全。
“我們飲料行業(yè)以前都是兩位數(shù)的增長,這幾年有所下降。不可否認的是,飲料行業(yè)面臨著轉型升級。”杭州娃哈哈集團有限公司董事長兼總經(jīng)理宗慶后表示。
2015年起,娃哈哈攜手西門子,對其杭州下沙第二生產(chǎn)基地內(nèi)一條主要生產(chǎn)純凈水和含氣飲料的水汽線進行數(shù)字化與智能化升級試點。這是食品飲料行業(yè)中第一個入選國家工信部智能制造試點示范的項目,也是中國第一條數(shù)字化與智能化飲料生產(chǎn)線。
西門子團隊攜手娃哈哈共同打造國內(nèi)第一條數(shù)字化與智能化飲料生產(chǎn)線
“西門子在數(shù)字化基礎及自動化控制元件方面都是全球領先。娃哈哈很早就已實現(xiàn)了自動化,現(xiàn)在,我們希望實現(xiàn)智能化以進一步控制產(chǎn)品質量。”宗慶后表示,“娃哈哈比較熟悉飲料生產(chǎn)線上需要控制哪些技術參數(shù),而西門子又比較熟悉怎樣去控制。兩者結合起來,就可以達到事半功倍的效果。”
娃哈哈的煩惱
飲料的生產(chǎn)要經(jīng)歷水處理、配料、制蓋、制瓶、吹瓶、灌裝、套標,裹包和碼垛等多道工序。在娃哈哈杭州下沙第二生產(chǎn)基地內(nèi)一條長達百米的水汽生產(chǎn)線上,一瓶瓶純凈水和含氣飲料快速而有序地飛過,生產(chǎn)速度達到每小時54000瓶。
雖然這樣的生產(chǎn)效率已是業(yè)內(nèi)領先,但娃哈哈的工程師們卻有一個不小的煩惱。水汽線上每臺設備都處在單機自動控制的狀態(tài),只知“埋頭苦干”,“兩耳不聞周圍事”。這樣一來,工廠不僅無法通過整線協(xié)調達到效率最大化,一旦生產(chǎn)線出現(xiàn)故障,原因也難以快速排查。
在娃哈哈遍布全國的飲料工廠里,80%至90%的設備已通過西門子的可編程邏輯控制器(PLC)實現(xiàn)了自動化。在進一步實現(xiàn)數(shù)字化和智能化升級改造的過程中,西門子為娃哈哈細致規(guī)劃并提供了包括S7-1500系列控制器、工業(yè)服務器和人機界面(HMI)等在內(nèi)的自動化設備、全集成自動化平臺(TIAPortal)、WinCC系統(tǒng)、B.Data能源管理系統(tǒng)和Profinet工業(yè)網(wǎng)絡等在內(nèi)的完整SIMATIC解決方案,幫助這條水汽線實現(xiàn)了設備的互聯(lián)互通和中央監(jiān)控,達到柔性生產(chǎn)的要求,并優(yōu)化了產(chǎn)線能源管理,也通過產(chǎn)品質量追溯,保障了食品安全。
從“單兵作戰(zhàn)”到互聯(lián)互通、中央監(jiān)控
實現(xiàn)生產(chǎn)線數(shù)字化與智能化的核心是設備的互聯(lián)互通和中央監(jiān)控。有了西門子的解決方案,水汽線的生產(chǎn)設備從“單兵作戰(zhàn)”的狀態(tài)中解脫出來,形成了高效的“團隊”,而散落在工廠各處的數(shù)據(jù)也形成了閉環(huán),在生產(chǎn)線上高效流轉。
以前,娃哈哈集團總部到各個分廠的企業(yè)資源計劃(ERP)系統(tǒng)雖已實現(xiàn)互聯(lián),但工廠到車間內(nèi)各設備的數(shù)據(jù)卻沒有打通?,F(xiàn)在,情況發(fā)生了徹底的改變。總部可以通過ERP系統(tǒng)將銷售訂單發(fā)送到工廠的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)中。接下來,MES會根據(jù)庫存等情況將銷售訂單拆分為不同的生產(chǎn)訂單并發(fā)送到西門子WinCC系統(tǒng)上,由它對生產(chǎn)訂單進行分解,生成具體的生產(chǎn)方案并下發(fā)至不同的生產(chǎn)設備。
而在底層,西門子的PLC等自動化設備覆蓋整條生產(chǎn)線?;赑rofinet工業(yè)網(wǎng)絡,生產(chǎn)設備遵照統(tǒng)一的OMAC數(shù)據(jù)接口標準實現(xiàn)了互聯(lián)互通。生成的數(shù)據(jù)將由WinCC系統(tǒng)采集,并返回給MES系統(tǒng)。操作員可以利用TIAPortal進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通訊、組態(tài)和編程,實現(xiàn)自動化設備與系統(tǒng)的無縫連接。
西門子WinCC系統(tǒng)與PLC等自動化設備組成了高效的中央監(jiān)控系統(tǒng)。借助西門子SIMATIC解決方案,娃哈哈打破了各個設備的信息孤島,讓從設備層到管理層的全部數(shù)據(jù)徹底貫通,成功實現(xiàn)了對整條生產(chǎn)線的數(shù)字化管控。
西門子工程師與娃哈哈車間負責人巡視生產(chǎn)線
設備的互聯(lián)互通和對生產(chǎn)線的中央監(jiān)控為生產(chǎn)線的運行帶來了革命性的變化。
借助西門子SIMATIC解決方案,所有物料供給過程都可以由系統(tǒng)自動控制。以前,在飲料行業(yè)中,由于沒有實現(xiàn)設備的中央控制與互聯(lián)互通,操作員每次生產(chǎn)都需要根據(jù)訂單情況手動控制物料供給。
如今,試點線上所有物料供給都可以由系統(tǒng)根據(jù)訂單信息和實際生產(chǎn)進程自動完成精準控制。例如,如果一批產(chǎn)品中包含8000瓶飲料,當系統(tǒng)計算出已經(jīng)通過裹包機的成品為7500瓶,而生產(chǎn)線上剩下的500瓶產(chǎn)品也即將進入裹包階段時,系統(tǒng)就可以自動停止前道工序供料,保證訂單的準確執(zhí)行。
如今,故障排查也變得更加便捷、及時?,F(xiàn)在,中央監(jiān)控系統(tǒng)與分布在產(chǎn)線各處的攝像頭實現(xiàn)了聯(lián)動。一旦設備報警,監(jiān)控系統(tǒng)就會指揮攝像頭自動切換畫面,快速定位報警點,以便操作人員及時處理故障,縮短停機時間。
此外,中央監(jiān)控系統(tǒng)也大大方便了娃哈哈的管理人員對車間進行整體維護和管理?,F(xiàn)在,操作員和管理人員可以通過WinCC系統(tǒng)輕松查看整條生產(chǎn)線的運行狀況。
杭州娃哈哈集團有限公司設備工程部部長邵金榮切身感受到了生產(chǎn)透明化帶來的改變:“現(xiàn)在,我只要坐在辦公室里就能實時了解整條產(chǎn)線的運行狀況。這對管理層決策有很大幫助。”
全局設備效率(OEE)是衡量產(chǎn)線實際生產(chǎn)能力的重要指標。停機時間、產(chǎn)品質量、人為失誤、設備磨損等都會對OEE帶來負面影響。現(xiàn)在,WinCC系統(tǒng)可以幫助娃哈哈計算OEE,方便管理人員準確了解影響生產(chǎn)效率的薄弱環(huán)節(jié),助力娃哈哈大幅提高整個車間的維護和管理水平。
化剛為柔,這條水汽線不簡單
傳統(tǒng)的飲料生產(chǎn)線只能生產(chǎn)一種固定飲品且不能對產(chǎn)品的標簽和包裝做個性化調整。然而,面對瞬息萬變的市場環(huán)境,原本“剛性”的生產(chǎn)線已經(jīng)有些力不從心,“化剛為柔”勢在必行。
一方面,在今天,傳統(tǒng)銷售終端和電商平臺日益融合。作為一家在全國擁有眾多經(jīng)銷商的大企業(yè),如何管理好復雜的經(jīng)銷商體系是娃哈哈面臨的主要挑戰(zhàn)之一。它需要找到更有效的方法來區(qū)分銷往不同經(jīng)銷商的產(chǎn)品,以更好地管理銷售渠道。這對娃哈哈生產(chǎn)線的柔性和批次管理水平提出了新的挑戰(zhàn)。
以前,由于無法實現(xiàn)對產(chǎn)品批次的精確區(qū)分和記錄,很多飲料企業(yè)都很難對經(jīng)銷商進行精細化管理?,F(xiàn)在,借助西門子WinCC系統(tǒng)和PLC等自動化設備,試點線可以實現(xiàn)柔性生產(chǎn),在同一條生產(chǎn)線上不間斷地按訂單生產(chǎn)送往不同經(jīng)銷商的產(chǎn)品。
如何區(qū)分不同經(jīng)銷商呢?“一箱一碼”是西門子和娃哈哈共同想出的“金點子”?,F(xiàn)在,每箱產(chǎn)品會配有一個經(jīng)銷商編碼。西門子的系統(tǒng)可以通過在產(chǎn)品包裝箱上自動切換經(jīng)銷商編碼,實現(xiàn)對經(jīng)銷商銷售行為的管理,保證娃哈哈渠道策略的落實。
“如何準確、高效地完成定制化生產(chǎn)以滿足消費者對產(chǎn)品包裝等的個性化需求也是目前飲料行業(yè)普遍面臨的一大挑戰(zhàn)。解決這一難題的關鍵也是柔性生產(chǎn)和精準的批次管理。”杭州娃哈哈集團有限公司研究院自動化所所長許斌表示。
以前,很多飲料企業(yè)雖然能根據(jù)客戶的需求生產(chǎn)具有定制化標簽的飲品,但是,在切換批次時,操作員需要自己判斷當前批次的終點?,F(xiàn)在,西門子中央控制系統(tǒng)可以根據(jù)訂單數(shù)量和實際生產(chǎn)產(chǎn)量對標機進行實時控制,實現(xiàn)高效準確的自動批次控制,為進一步提高生產(chǎn)柔性打下堅實的基礎。
“這樣一來,娃哈哈就可以根據(jù)訂單準確生產(chǎn)供婚禮、企業(yè)間合作和節(jié)日慶典等各種場合使用的具有不同定制化標簽的飲品,滿足消費者的需求。”許斌說。
在生產(chǎn)管理方面,企業(yè)也需要提高柔性來加快生產(chǎn)不同種類產(chǎn)品時工藝切換的速度以進一步提高生產(chǎn)效率。
在娃哈哈,西門子的中央控制系統(tǒng)可以更準確、高效地根據(jù)飲料生產(chǎn)工藝,提供柔性化的工藝路線選擇,并針對不同生產(chǎn)工藝,實現(xiàn)相關生產(chǎn)設備的自動切換,大大提高了生產(chǎn)線的柔性和效率。
護航娃哈哈的生命線
光改進生產(chǎn)工藝還不夠,更為關鍵的是不能讓產(chǎn)品質量出現(xiàn)問題。
“近幾年來,消費者、各級政府和社會對食品企業(yè)的食品安全能力建設提出了更高的要求。為了響應這一要求,我們需要在原有的基礎之上,利用更多的自動化的監(jiān)控手段來不斷強化我們的食品安全能力建設。”杭州娃哈哈集團有限公司質量監(jiān)控部部長趙允表示。
食品安全是娃哈哈的生命線,不容妥協(xié)?,F(xiàn)在,西門子的WinCC系統(tǒng)加入了“質檢小分隊”。在試點線上,利用西門子的WinCC系統(tǒng),娃哈哈可以對水處理及生產(chǎn)時所用到的各類原輔物料、半成品和成品進行掃碼驗證,生成對整批次產(chǎn)品的追蹤追溯的電子批記錄。這樣一來,相關負責人就能夠清楚知道一瓶飲料的生產(chǎn)信息,讓質量追溯非常方便、清晰。
有了“質檢小分隊”對投料等生產(chǎn)過程的嚴格把關,試點水汽線的廢次品率大幅降低,給消費者又增加了一份“安心”。
“透明”的工廠
除了提高生產(chǎn)效率,高效的能源管理也是工廠提高整體經(jīng)濟效益的關鍵。而提高能效的第一步就是讓工廠的能源流動變得透明。
在娃哈哈下沙第二生產(chǎn)基地,能源的供應與使用是分開的。前者在動力車間內(nèi)進行,而后者則在生產(chǎn)車間中。動力車間負責提供并分配生產(chǎn)所需的電力、高低壓空氣、蒸汽和水等。生產(chǎn)車間則利用這些能源從事生產(chǎn)。兩個車間各自默默工作,互相之間沒有直接的數(shù)據(jù)通訊。但這也導致企業(yè)管理者只能在動力車間中看到整條生產(chǎn)線上不同能源的消耗量。
如今,借助西門子的WinCC系統(tǒng)及B.Data能源管理系統(tǒng),娃哈哈可以在任何時間和地點對工廠內(nèi)能源的實時消耗情況進行監(jiān)控。同時,娃哈哈還將能源管理系統(tǒng)和生產(chǎn)線的中控系統(tǒng)進行了集成。如此一來,能源管理系統(tǒng)就可以根據(jù)生產(chǎn)線的實際運行情況對能動設備的運行進行有效控制。此外,娃哈哈還對冷水機組進行了群控,這樣也進一步提高了整體能源利用效率。
在能源透明化的基礎上,娃哈哈還需要保證每個設備都僅在需要時開啟,以避免能源浪費,從而提高能效。
飲料生產(chǎn)需要使用一些高能耗設備。例如,在制作瓶胚的過程中,PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)粒子會被吸入干燥塔進行約四個小時的預熱,這個過程需要消耗大量電能。在過去,有時,生產(chǎn)接近尾聲時,雖然生產(chǎn)線前部的干燥塔已經(jīng)完成了工作,但操作員有可能在所有生產(chǎn)進程都結束后才關閉干燥塔,這樣就造成了能源的浪費。
現(xiàn)在,娃哈哈對整條試點線的中央控制有助于避免不必要的能源消耗,從而提高能效。中央控制系統(tǒng)可以根據(jù)批次訂單自動控制設備啟停。例如,系統(tǒng)可以根據(jù)訂單的執(zhí)行情況自動計算出單機產(chǎn)量,并對它們進行自動啟停控制,如提前結束干燥塔的生產(chǎn)工作,這就大大降低了整個生產(chǎn)過程中的能源消耗。
“在未來,娃哈哈將把下沙第二生產(chǎn)基地試點線的成功經(jīng)驗推廣到集團遍布全國的400多條生產(chǎn)線上,以進一步提高集團生產(chǎn)線的質量控制水平、機械效率水平和能源效率水平。”邵金榮表示。
三十年間,娃哈哈一步一個腳印,最終成為中國飲料行業(yè)的龍頭企業(yè)。在這個過程中,它憑借的不只是情懷,更多的是不斷創(chuàng)新和勇于嘗試的氣魄和勇氣。在看似普通的娃哈哈飲料背后是合作、科技的力量和對于卓越的不懈追求。
“此次升級改造是飲料行業(yè)中首次將生產(chǎn)線從自動化轉向智能化。這對飲料行業(yè)中的其它企業(yè)也具有借鑒意義。”展望未來,宗慶后對此次和西門子的合作前景充滿信心,“中國正在號召企業(yè)實現(xiàn)智能化。因此,在未來,我們與西門子還可以在很多方面進行合作,我們的合作前景還是很好的。”
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