King's Hawaiian standardisiert Technologieanforderungen

Herausforderung

  • Erstellen einer gemeinsamen Infrastruktur für Maschinenbauer für das erste zentralisierte Datenerfassungssystem eines Greenfield-Standorts

Lösungen

Ergebnisse

  • Ziele des Implementierungszeitplans wurden erreicht – Entwicklung und Lieferung einer integrierten Anlage in einem engen Zeitplan und eine Woche früher als geplant
  • Produktion verdoppelt, Kapazität erhöht – die Herstellung von weiteren 180 000 Pfund Brot pro Tag wurde ermöglicht, was einer Verdopplung der Produktion entspricht

Ein gemeinsames Netzwerk und die Integrated Architecture vereinfachen die Integration und den Datenaustausch zwischen allen Maschinen

Hintergrund

Seine charakteristische Süße hat das Brot von King's Hawaiian zum amerikanischen Lieblingsbrot gemacht und das Wachstum des Unternehmens gefördert. Robert Taira erfand das Rezept des legendären runden Brotes vor 50 Jahren in Hawaii. Das Unternehmen von Taira, King's Bakery in Honolulu, wurde zum Ziel für Touristen, die das Brot oft als Geschenk für ihre Freunde und Familie auf das Festland versandten.

Als die Nachfrage wuchs, zog die Familie von Taira in den Süden Kaliforniens und baute dort eine 2800 m² große Einrichtung. Die Beliebtheit des Brotes wuchs auch weiterhin, genau wie der Betrieb der Familie. 1990 erweiterte King's Hawaiian seine kalifornische Bäckerei um 3700 m², und 2004 baute das Unternehmen einen 14 000 m² großen automatisierten Backbetrieb mit einem nahegelegenen Hauptsitz.

Im Jahr 2010 erreichte King's Hawaiian erneut sein Kapazitätslimit. Der Betrieb im Werk und in der Bäckerei lief rund um die Uhr, und die Kundennachfrage erstreckte sich über das ganze Land. Das Unternehmen erweiterte außerdem seine Produktionslinie über das charakteristische runde Brot hinaus auf das Backen von verschiedenen Brötchen- und Soft-Brötchensorten.

Als steigende Benzinpreise und andere Transportkosten das Budget der Bäckerei belasteten, entschied sich King's Hawaiian, eine neue Einrichtung im Osten der Vereinigten Staaten zu bauen. Das Unternehmen konnte so seine wachsende Produktfamilie schneller und billiger in die Geschäfte bringen.

Herausforderung

King's Hawaiian entschied sich, eine hochautomatisierte 11 600 m² große Einrichtung in Oakwood, Georgia, zu bauen und setzte sich zum Ziel, die Inbetriebnahme innerhalb von 10 Monaten durchzuführen. Der Zeitplan stellte aufgrund der Komplexität des Projekts eine besondere Herausforderung dar. Der gesamte Brotbackprozess erforderte insgesamt 11 Spezialmaschinen von unterschiedlichen Maschinen- und Anlagenbauern (OEMs) sowie eine Steuerungs- und Informationsplattform, die eine einheitliche Entwicklungsumgebung, Benutzerschnittstelle und ein Anbietersupportmodell erforderte.

Obwohl die ursprüngliche Frist sehr eng war, wollte King's Hawaiian seine langfristigen Anforderungen in puncto Informationsinfrastruktur der Anlage erfüllen.

„Wir waren ein kleines Familienunternehmen, und der Bau einer neuen Anlage im 5600 km entfernten Georgia war ein riesiger Schritt“, erklärte Mike Williams, Director of Engineering bei King's Hawaiian. „Wir wollten sichergehen, dass wir von Kalifornien aus die Prozesse auch dezentral überwachen konnten, um eine den Bedürfnissen unserer Kunden entsprechende Produktion zu gewährleisten.“

King's Hawaiian wollte außerdem durch eine erweiterte Datenerfassungsfunktion sicherstellen, dass die Produkte dem höchsten Qualitätsniveau entsprachen und die Wirtschaftlichkeit im gesamten Unternehmen erhöht wurde.

„Wir haben als Unternehmen nur selten eine formale Berichterstellung oder Auswertung durchgeführt, und die erfassten Daten wurden praktisch nur mit dem Bleistift aufgeschrieben“, erinnerte sich Williams. „Durch den Bau der neuen Einrichtung wurde eine Infrastruktur erforderlich, die die Informationen auf allen Ebenen erfassen konnte.“

Der Backvorgang stand im Zentrum des gesamten Betriebs. Der erste Schritt bei der Produktion des Brotes von Hawaiian ist die genaue Menge und Mischung der trockenen Zutaten. Die Trockenmischung wird anschließend in einen kontinuierlichen Kneter gegeben, wo alle flüssigen Zutaten hinzugefügt werden. Nach der Verknetung wird der Teig in einer Maschine im nächsten Raum in runde Teiglinge geformt und anschließend in Aluminiumpfannen aufgeteilt, um die unterschiedlichen Produkte herzustellen. Danach wird der Teig in eine weitere Maschine gegeben, den Gärschrank, wo er aufgeht. Von dort aus kommt er direkt in den Ofen. Wenn das gebackene Brot aus dem Ofen kommt, muss es auf langen Förderbändern abgekühlt werden, bevor es an die Verpackungsmaschinen weitergeleitet, dort untersucht und anschließend versandt wird.

„Mit über 11 erforderlichen Maschinen im Produktionsprozess war es unmöglich, uns ohne genaue Spezifikationen und eine integrierte Gesamt-Designarchitektur einfach von jedem einzelnen Maschinen- und Anlagenbauer zu trennen“, erklärte Williams. „Wir hätten uns andernfalls mit eine Anzahl verschiedener speicherprogrammierbarer Steuerungen und Bedienerschnittstellen befassen und unterschiedliche Arten des gleichen Teils für eine Reparatur lagern müssen.“

King's Hawaiian wollte nicht nur standardisierte Spezifikationen, sondern eine Anlage, deren Instandhaltung und Fehlerbehebung von den eigenen Mitarbeitern ganz einfach durchgeführt werden konnte. „Ich glaube fest daran, dass eine Anlage so unabhängig wie möglich funktionieren sollte“, so Williams.

FactoryTalk ViewPoint ermöglicht dem Familienunternehmen, den Betrieb dezentral von jedem Standort mit Internetzugang aus zu überwachen und so eine den Erwartungen der Kunden entsprechende Produktion zu gewährleisten

Lösungen

Das Unternehmen musste in weniger als einem Jahr die Ausrüstung von mehr als sieben Anbietern auswählen und erwerben, diese integrieren und auf ihre Zuverlässigkeit testen, um ein Produktionsvolumen von 8000 Pfund Brot pro Stunde zu gewährleisten.

Williams arbeitete mit seinem Team und Bachelor Controls Inc. (BCI), einem Rockwell Automation Solution Partner, um eine Architektur zu entwerfen, die es King's Hawaiian ermöglichte, sein kurzfristiges Ziel einer schnellen Inbetriebnahme der Ausrüstung für die Eröffnung der Anlage zu erfüllen und gleichzeitig die Basis für die Erfassung sowie den Austausch von Daten im gesamten Unternehmen zu schaffen.

„BCI legte die Betonung auf das Front-End-Design und zwang mich, ein besserer Kunde zu werden“, fuhr Williams fort. „Wir mussten unzählige wichtige Fragen im Voraus detailliert beantworten, damit sie uns etwas anbieten konnten, das näher an der von uns gewünschten Lösung lag als unser ursprüngliches System.“

Als Integrator des Projekts sammelte BCI alle Anforderungen für die Steuerung und die Bedienerschnittstelle jedes Maschinen- und Anlagenbauers und entwarf eine globale Spezifikation, die auf dem Rockwell Automation Integrated Architecture™-System basierte. BCI arbeitete anschließend mit Rockwell Automation zusammen, um das Systemdesign zu validieren.

„Wir wollten eine gemeinsame Konfiguration für alle Maschinen- und Anlagenbauer einführen, um den gesamten Betrieb einfach miteinander zu verbinden und eine gute Kommunikation zu erhalten“, erläuterte Rusty Bailey, Leiter der BCI-Geschäftsfiliale in Memphis. „Außerdem hatten wir einen Blick fürs Ganze: King's Hawaiian musste seinen Betriebsprozess im gesamten Unternehmen überwachen und intelligente Entscheidungen treffen können, um die Effizienz der Produktion zu erhöhen.“

BCI wies alle Maschinen- und Anlagenbauer an, die programmierbare Allen-Bradley® ControlLogix®-Automatisierungssteuerung (PAC) mit einer integrierten Plattform für die skalierbare Achs- und Maschinensteuerung in einer einzigen Programmierumgebung zu verwenden. King's Hawaiian muss dank dieser Integration weniger Ersatzteile instand halten, während die Offenheit der Steuerungsplattform eine einfache Integration von Drittanbieter-Komponenten ermöglicht.

Die Spezifikationen erfordern ebenfalls ein standardisiertes Konzept der Visualisierungs- und Informationssoftware, die in jeder Maschine verwendet wird. Die FactoryTalk® View Site Edition-Software wird für jede Maschine verwendet, um die Anwendungsentwicklung und die Schulung zu vereinfachen – ein wichtiges zeitsparendes Element für Projekte mit sehr kurzen Fristen. BCI bestimmte die Version der Site Edition-Software, damit das Team von King's Hawaiian die Upgrades ganz einfach langfristig selbst durchführen konnte. Jede Version der Visualisierungssoftware wird auf Allen-Bradley-Computern für Industrieumgebungen mit separaten Touchscreens und Festkörperlaufwerken (SSD) ausgeführt, um das System zu schützen und die Anzahl der Ausfälle zu verringern.

Für die Verpackungsmaschinen sah BCI programmierbare Allen-Bradley CompactLogix™-Automatisierungssteuerungen und Allen-Bradley PanelView™ Plus-Bedienerschnittstellen vor. Dank der Skalierbarkeit des Integrated Architecture-Systems konnte BCI kleinere Steuerungen verwenden, die alle Vorteile der Logix-Steuerungsplattform mit einem kleineren Formfaktor aufweisen.

Die Kommunikation der gesamten Anlage erfolgt über EtherNet/IP™. Die Architektur mit nur einem Netzwerk half dem Unternehmen, die Anlage schneller online zu schalten und niedrigere Gesamtkosten für Konstruktion, Entwicklung und Lieferung aller Maschinen zu gewährleisten. Dank EtherNet/IP können die Ingenieure von King's Hawaiian dezentral über zwei redundante VMware-Server in der Haupt-Steuerzentrale auf ihre Maschinen zugreifen, diese diagnostizieren und warten.

„Durch das Vereinheitlichen des Integrated Architecture-Systems können unsere Mitarbeiter jetzt innerhalb der Anlage von einem Prozess zum anderen wechseln und dank der gleichen Software und des gleichen Wissens die verschiedenen Probleme lösen“, sagte Williams. „Mithilfe dieser Architektur können wir außerdem große Mengen an Daten sammeln – von der Ofentemperatur und der Backzeit bis hin zu Gewicht und Wartungsabläufen –, die vorher manuell nicht erfasst werden konnten.“

Durch die Verwendung der FactoryTalk Historian-Software werden nicht nur die Produktionsinformationen gespeichert, aufbewahrt und verwendet, sondern auch historische Zeitreihendaten der gesamten Ausrüstung und aller Datenquellen der Anlage gesammelt und archiviert. Die FactoryTalk VantagePoint-Software korreliert und aggregiert die Informationen und erstellt Dashboards sowie webbasierte Berichte in Echtzeit mit einem einzigartigen situativen und historischen Kontext für unterschiedliche Anwender. Williams und andere Mitarbeiter des Unternehmens können mithilfe der FactoryTalk ViewPoint-Software auf die Daten zugreifen und so den Betrieb dezentral von jedem Standort mit Internetzugang aus überwachen.

Ergebnisse

Die neue Anlage wurde im Oktober 2011 eröffnet – eine Woche früher, als geplant. Die Brotherstellung des Unternehmens verdoppelte sich umgehend.

Die Anlage produziert die beiden meistverkauften Produkte des Unternehmens: das charakteristische runde Brot und die Brötchen im 12er-Pack. Da die Anlage im Hinblick auf zukünftiges Wachstum entwickelt wurde, hat sie die Kapazität für eine weitere Linie. Auf lange Sicht plant das Unternehmen, das gesamte Produktsortiment in der Anlage in Georgia zu produzieren.

„Die gemeinsame Netzwerkarchitektur half uns dabei, diese Anlage innerhalb von Wochen statt Monaten in Betrieb zu nehmen“, so Williams. „Durch die Beständigkeit der Materialien können wir Ersatzteile, mit denen wir vertraut sind, lagern und so die verlorene Produktionszeit während eines Ausfalls verkürzen. Dank dieser Anlage hat King's Hawaiian für absehbare Zeit die erforderliche Kapazität.“

Die zweite Phase des Projekts – die Entwicklung eines zentralisierten Datenerfassungs- und Steuerungssystems – wurde nur wenige Monate nach Inbetriebnahme der Anlage abgeschlossen. Williams und sein Team widmen sich zuerst der Nutzung dieser neuen Informationen, um die exakten Produkt-Qualitätsstandards und ‑parameter zu bestimmen. Sie konzentrieren sich anschließend auf die Wirtschaftlichkeit des Betriebs.

„Wir befinden uns noch in der Findungsphase, da wir zum ersten Mal die Daten aller Maschinen sammeln und im gesamten Unternehmen anzeigen können“, erläuterte Williams. „Wir werden die Produktionsmetriken gründlich erforschen, um die tatsächlichen KPIs und geschäftlichen Faktoren für King's Hawaiian herauszufinden.“

Laut Williams entscheidet ein Spezialteam, welche Daten für die unterschiedlichen Abteilungen der Anlage besonders wertvoll sind: „Jede Abteilung – von der Instandhaltung über die Buchhaltung bis hin zur Hygiene – wird ihr Hauptinteresse haben. Daher wird es eine Weile dauern, bis wir genau wissen, welche Daten von ihnen gebraucht werden. „Danach werden wir die tatsächliche Nützlichkeit der Informationen bestimmen. Es ist ein Lernprozess, aber wir alle kennen das Endziel: den größten Nutzen aus diesen Informationen zu ziehen.“