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デュポン工場は新しいバッチ制御システムで毎月の収益を向上

溶剤プラントは、時代遅れの制御をアップグレードすることでスループットと品質管理を改善

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課題

  • 経年のバッチ制御システムは時代遅れで非効率的でした。そして、品質管理機能の欠如は主要顧客を失う恐れをもたらした。

ソリューション

  • FactoryTalk Batch - 制御および情報ソフトウェアにより、バッチプロセスの自動化と品質管理が向上
  • PlantPAx DCS - 最新のDCSシステムが古い制御システムに取ってかわり、最新のHMIプラクティスを組み込み

結果

  • 収益の増加 - バッチ自動化の向上により、スループットが向上し、プラントの月次収益が向上
  • 品質管理の向上 - 新しい品質管理機能により、主要な顧客のビジネスを維持することができる
  • より効率的な運用 - 新しいDCSシステムにより苛立たしいポップアップアラートがなくなり、新しいグレイスケールHMIによりオペレータは問題をより迅速に発見できるようになった。
  • 構成時間の短縮 - プロセス・オブジェクト・ライブラリにより、プログラミングの構成時間が約40%短縮

溶剤プラントが経年劣化したバッチ制御システムを磨き上げ

スマートフォンやその他のデバイスに搭載されている小さくても強力な半導体は、製造に数週間から数百ステップかかる場合があります。洗浄溶剤は、製造中にこれらの小さくて繊細なマイクロエレクトロニクスで高レベルの純度を維持するために大きな役割を果たしています。

カリフォルニア州へイワードにあるデュポン社の小規模バッチ生産施設では、半導体洗浄溶剤を数十種類に分けて製造しています。しかし、プラントで使用されているバッチ制御システムは、近年、その古さを示し始めました。

システムはサポートされなくなりました。また、オペレータをいらだたせるポップアップアラートや、管理が困難なアラームなど、製造上の問題も発生させていました。さらに重要なことに、顧客監査では、システムにレシピベースの自動化が欠けていることがわかりました。これは、生産プロセスの品質管理の改善に役立ちます。

プラントは、従来のバッチ制御システムをアップグレードするか、現状のままで毎月のビジネスで何千もの損失を出すかの選択肢に直面しました。プラントはアップグレードを実施して前進することを選択しました。そして、そうすることで、品質管理を改善する以上のことを行ない、新しい月次売上を生み出すためにプラントのスループットを改善することとなりました。

古いシステムは稼働が制限されている

ヘイワード工場の旧式の制御システムのほとんどは手作業で行なわれており、自動化されていたのは貯蔵タンクから混合タンクへの材料のバルク追加のみでした。

オペレータは、ドラムポンプステーションと固形物搬送ステーションを使用して、他のすべての材料を手作業で追加していました。また、オペレータは材料がブレンドしてフィルタを循環するタイミングを設定し、製品のサンプルを採取しました。目的の製品が完成したら、オペレータはそれを手作業でパッケージングエリアの充填システムに送りました。ここでは、作業者は1ガロンと5ガロンの小さな容器から200ガロンの大きな袋までの範囲のパッケージに製品を分配しました。

これらの手動プロセスは、エラーが起こる可能性をもたらしました。例えば、オペレータが材料を15分間混合するつもりで、別のタスクを実行している間に18分間混合する場合があります。このような間違った操作を行なうと、製品にばらつきが生まれる可能性があります。

旧式のシステムは、生産環境を破壊することもありました。

デュポン社のオートメーションおよびプロセス制御エンジニアリングコンサルタントであるナンシー・ギブンズ氏は、次のように述べています。「HMIは、バルブを開けたり閉めたりするたびにポップアップアラートが発生するように構成されていました。オペレータが3つのバルブを開きたいときは、3つのポップアップが表示されます。これはオペレータにとって苛立たしいことでした。そして、それはエラーを誘発することになりました。インターフェイスが雑然としていると、オペレータが間違ったバルブを開閉する可能性があります。」

アラームは別の問題でした。旧式のシステムは、ユーザが編集可能なハードコードされたアラーム設定値を組み合わせて使用していました。ハードコードされたアラームは管理が難しく、オペレータはしばしば特定のコードを見つけるのに苦労していました。 また、アラームは、アラームの優先度を割付ける機能など、最新のアラームのベストプラクティスを使用していませんでした。

これらの問題は、より優れた品質管理に対するお客様の要求と相まって、制御システムのアップグレードを必要としました。

フェーズ1:コントロールのアップグレード

ギブンズ氏は、システムインテグレータであるTechKnowsion社とデュポン社のグローバル・アライアンス・サプライヤであるロックウェル・オートメーションと協力して、コントロールのアップグレードを計画および実行しました。

チームは、2段階のアプローチを使用してアップグレードを実行しました。最初のフェーズでは、バッチシステムのPLCとHMIをPlantPAx®分散制御システム(DCS)に置き換えました。これには、旧式のPLCのコードをリバースエンジニアリングして、新しい制御コードの要件を決定することが含まれます。

新しいHMIを実装してから、フロアのスポットチェックを行なってきました。オペレータは常に注意を払うべき場所を知っています。彼らは物事を見逃すことはありません。

ギブンズ氏は次のように述べています。「私たちは単にコードを複製したり変換したりしたくありませんでした。システムの機能要件に立ち返って、コードを大幅にクリーンアップして改善しました。次に、そのコードをPlantPAxベースのプロセス・オブジェクト・ライブラリに組み込みました。これは、デュポンでの特定のニーズに合わせて長年にわたってカスタマイズしたものです。」

制御システムの新しいHMIは、最新の視覚化手法を使用して、オペレータにより優れた表示体験を提供しました。

ギブンズ氏は次のように述べています。「旧式のHMIは画面が乱雑になる可能性のある複数の色を使用していましたが、新しいグレイスケールHMIはアイテムを赤で強調表示して、オペレータに重大な問題を警告します。新しいHMIを実装して以来、フロアのスポットチェックを行なってきました。オペレータは常に注意を払うべき場所を知っています。彼らは物事を見逃すことはありません。」

フェーズ2: バッチオートメーション

フェーズ2では、ロックウェル・オートメーションのグローバル・ソリューション・チームは、デュポン社と直接連携してFactoryTalk® Batchソフトウェアを構成してインストールして、完全なレシピ制御とシーケンシャルオートメーションを実現しました。

ギブンズ氏と彼女のチームは、バッチシステムを実装するためのフレームワークを規定するISA S88規格に準拠することを求めていました。これには、ロックウェル・オートメーションが最初に生産設備の物理モデルを構築し、次に自動化生産フェーズの手順モデルを作成する必要がありました。これらのフェーズは、さまざまなレシピに区別なく交換して使用できる「ビルディングブロック」になります。

ギブンズ氏は次のように述べています。「バッチソフトウェア内のフェーズ管理機能によってS88規格に明確に準拠することができました。これにより、かなりの時間を節約できました。チームは、ミキシングや追加などのフェーズを一度設定するだけで済みました。その後、それを複数回再利用できます。レシピごとに新しいコードを作成するよりもはるかに効率的です。」

チームは、サンプリングやレシピレビューなどの手動プロセスにもバッチソフトウェアを活用します。このソフトウェアは、自動フェーズと統合した手動フェーズを提供し、ユーザがこの2つの間をシームレスに操作できるようにします。ギブンズ氏は次のように述べています。「私たちはデュポン全体でこの機能を広く使用しています。コントローラで手動プロセスのコードを書くよりも実装が簡単でスムーズであることがわかります。」

最後に、チームはロックウェル・オートメーションと協力してプラント内の保管タンクの材料を追跡するためのソフトウェアをインストールしました。このソフトウェアは、手作業で行なう在庫追跡を必要とするプラントの紙ベースの記録システムに取ってかわりました。また、自動タンク切換え機能も組み込まれています。

ギブンズ氏は次のように述べています。「以前は、タンクが追加フェーズ中に材料を使い果たした場合、オペレータは追加された材料の量を追跡し、タンクから必要な残量を計算する必要がありました。今では、ソフトウェアが必要な材料の残量を自動的に計算し、タンクを切換え、設定値に達するまで必要な量の材料を追加できるようになりました。」

収益を大幅に向上

新しい自動化システムは、すべて予定されたダウンタイム中に1週間で実装されました。

アップグレードにより、陳腐化していたプラントは、完全にサポートされたプラットフォームになりました。そして、新しいHMIは、従業員を苛立たせていたポップアップとアラーム管理の問題を解決しました。

ロックウェル・オートメーションのプロセスオブジェクトのライブラリにより、設計、構成、および配備時間を短縮できました。実際、ギブンズ氏は、このライブラリがプログラミング構成時間を40%短縮したと推定しています。今日でも、新しいシステムが稼働していると、ライブラリは効率の節約を提供し続けます。

ギブンズ氏は次のように述べています。「ライブラリは、メンテナンスとトラブルシューティングに役立ちます。説明を変更したいときに、エンジニアリングワークステーションやプログラミングソフトウェアを使用する必要はありません。フェースプレートを使用して、HMIで直接変更を行なうことができます。または、バルブが開かない場合、オペレータはフェースプレートを開き、インターロックアイコンを開いて、問題を確認できます。過去には、問題をトラブルシューティングするために、バルブのインターロックを確認したり、紙の文書をふるいにかけたりするために、画面を構成する必要がありました。今では数回クリックするだけでそれが可能になりました。」

一方で、バッチソフトウェアは、プラントが非常に限定された自動化から、自動洗浄プロセスを含む完全なバッチ自動化へと導きました。これにより、プラントはお客様が望む品質管理のレベルを達成できるようになりました。また、ソフトウェアを変更してさまざまな生産ユニット間の調整を改善した後、プラントではスループットが大幅に向上しました。

ギブンズ氏は次のように述べています。「単一ユニットプロセスのかわりに、相互に調整する複数ユニットの連続ができました。これは売り切れた製品の生産を増やすためでした。」

プラントは、プロジェクトをプラントの他のエリアに拡張する作業を行なっています。これには、プラントの旧式のI/Oの置き換え、イーサネットネットワークの導入、および手動プロセスを使用する一部のポータブルタンクの自動化が含まれます。ギブンズ氏は、これにより、プラントがすでに実現しているものに加えて、より多くの効率と生産性を提供することを期待しています。

上記の結果は、デュポン社での配備されたロックウェル・オートメーション製品およびサービスをその他の製品と併用した結果です。実際の成果は事例ごとに異なる場合があります。

FactoryTalkおよびPlantPAxは、Rockwell Automation Inc.の商標です。

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