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案例研究

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Full Sail Brewing 利用制造智能来改进过程

新的过滤过程提高了水的使用效率,减少了浪费并有助于保护独特的员工文化

解决方案

成果

  • 酿造循环周期缩短了 50%,总体酿酒产能提高了 25%
  • 通过新过程降低了所需的原材料量,从而将每年的成本减少了 5%,并使麦糟副产品的销售可以获得利润
  • 减少了在手动管理数据方面花费的时间量,从而将更多时间用于酿造
  • 提升产品质量 - 通过访问实时数据和批次优化,更加严格地控制各个酿造批次的质量
  • 提高了迅速对生产错误作出响应的能力,以免造成无法挽回的影响

背景

美国人对精酿啤酒的需求在不断增加。事实上,2009 年上半年,在美国的啤酒销售总量下降了 2.7% 的情况下,精酿啤酒行业的生产总量却增长了 9%。

Full Sail Brewing 公司是带动这一增长的“领头羊”。该啤酒厂位于俄勒冈州,主要生产三种核心精酿啤酒以及许多时令啤酒和特色啤酒。

Full Sail 采用周边的俄勒冈州、华盛顿州和爱达荷州当地的麦芽、啤酒花和酵母,并配以胡德雪山的花岗岩深井水进行酿造。酿造出的啤酒口感独特,带有一丝当地独有的味道,而且酿造过程十分环保。

Full Sail 的啤酒产量在美国位居前 25 名,但这家啤酒生产商越来越注重生产口感和质量均上乘的啤酒。该公司还致力于打造“员工当家做主”的企业文化,重视让员工实现工作和生活之间的平衡。

挑战

公司的传统酿造流程不仅制约了这种工作与生活之间的平衡,同时也阻碍了公司的效率和潜在盈利能力的提升。与几乎所有的精酿啤酒厂一样,Full Sail 也曾使用手动的酿酒桶(称为“滤桶”)来过滤糊状的“麦芽浆”—“麦芽浆”由水和粉碎的谷物构成,是酿造啤酒的基料。

麦芽浆过滤是啤酒酿造过程中的一个核心元素。将大麦制成麦芽并进行研磨之后,将经过研磨的谷物和热水混合以制成麦芽浆。将麦芽浆储藏在恒温环境中,以使从麦芽释放到麦芽浆中的淀粉转化成可以发酵的糖类。

然后将富含糖分的麦芽水(现在称为“麦芽汁”)与剩下的谷皮分离开来。分离之后,用泵将麦芽汁抽到酿造罐中进行蒸煮。在蒸煮过程中会加入啤酒花,以形成啤酒独特的苦味和芳香,同时中和掉麦芽糖的甜味。然后,将麦芽汁冷却并与酵母混合,送去发酵、加工和过滤,最后装箱运输。

这个传统的系统曾给公司带来了不错的收益。从 2005 年到 2010 年,Full Sail 的产量每年都会增长 15% 以上。

但是,公司意识到,他们的人工麦芽过滤系统不能满足未来的生产需求,而且现有系统存在的局限性也导致无法提高效率、削减成本并进一步提高质量。

Full Sail 的麦芽过滤系统需要不断地进行人工数据测试和报告。此外,滤桶过滤出的麦糟(公司将这种副产品作为牲畜饲料销售)的水分含量达到 82%。

这就意味着,宝贵的液体随着副产品被销售出去了。与此同时,这些沉重的废料的运输费用也很高。公司在交易中是赔钱的,基本上是花钱让农民把工厂中的麦糟运走。

Full Sail 考虑升级到一种完全计算机化的酿酒系统,这种系统在美国的许多大型啤酒生产商中很受欢迎。但是,为了看到投资回报 (ROI),Full Sail 需要全天候运行该系统,而由于该公司是员工当家做主,他们不愿意损害公司文化,也不愿意打破员工的工作与生活之间的平衡。

Full Sail 的目标是升级流程,以提升产品质量,提高过滤效率、产能和生产量。公司希望通过自动化最大限度地降低对操作员的依赖,打造可扩展的解决方案,并降低各个酿造批次对环境产生的总体影响,同时保留公司的 4/10 工作日程安排制度(一周四天,一天十个小时),以实现良好的工作生活平衡。

解决方案

为实现这些目标,Full Sail 决定将其传统的手动滤桶升级为一个完全自动化、联网的麦芽过滤系统。

Full Sail 邀请了俄勒冈州波特兰的 Aurora Industrial Automation 来设计并实施这种新的系统。Rockwell Automation® PartnerNetwork™ 计划中的一个信息解决方案提供商 Aurora 实施了一种控制和信息解决方案,该方案使 Full Sail 能够在其所有运营地点应用一种制造智能战略。

新的麦芽过滤系统利用 Rockwell Automation 提供的 PlantPAx™ 过程自动化系统。Aurora 将 PlantPAx Logix 批次和序列管理器 (LBSM) 加入到了 PlantPAx 系统中,使之成为该系统的一部分。

LBSM 符合批量控制领域的 ISA-S88 标准和术语集。使用该系统,Full Sail 可以通过 FactoryTalk® View 人机界面软件直接将序列配置到 Allen-Bradley® ControlLogix® 控制器中,而无需使用基于服务器的批处理软件应用程序。

如果批处理要求在任何时候出现增长,Full Sail 可以轻松将 LBSM 移植到一个全面的软件解决方案(如 FactoryTalk Batch)中,而不需要代价高昂的重新设计和测试。

为了深入了解新的系统,Aurora 实施了一个基于 Rockwell Automation 提供的 FactoryTalk 软件的制造智能战略。

通过 EtherNet/IP 网络,FactoryTalk Historian 直接从 PlantPAx 系统识别并收集数据标签,以获得实时的精细生产数据。在过滤过程中,麦芽浆过滤器要执行 60 多个步骤,这会产生大量的数据。

使用旧系统时,对于每个酿造批次,Full Sail 只能从滤桶中抓取四到五个数据点。使用新的麦芽浆过滤器(通过 FactoryTalk 软件实现)后,现在可以获取多达 250 个数据标签。

然后,Full Sail 使用 FactoryTalk VantagePoint 软件将这个数据宝库汇总到预先确定的仪表板中。仪表板提供适合角色的实时关键绩效指标(制造智能),Full Sail 可以使用这些指标来改善运营。

成果

升级到以信息为支撑的自动化麦芽浆流程后,效果立竿见影。

现在可在各种不同的时间范围内检索实时数据,从而助力实现系统的最优功能,并发现批次中可能出现的差异或问题。

报告和仪表板软件可以立即从新的历史数据库以及既有系统中提取数据,以创建用于报告的虚拟同质数据源。

可立即访问从单个特殊批次到较大的趋势的各种信息,以便为未来的酿造提供指导。如果酿造遇到严重问题,则可以跟踪并分析此次酿造的具体指标。

“我们生产的啤酒大约有 20 种。”Full Sail 高级酿酒师 James Emmerson 说道,“现在,每个批次的酿造者都可以从上一次酿造的信息中获益,无论上次酿造是昨天进行的还是去年进行的。酿造者现在可以回头看看酿造出一批成功的啤酒的具体指标,并根据这些信息优化新的酿造过程。”

使用新的 PlantPAx 系统,酿酒产能提高了 25%,并且每次酿造的循环周期都缩短了将近一半。操作员现在可以看到他们的酿酒流程,这使他们可以实时优化正在进行的酿酒工作。Full Sail 利用这种流程观研透明度将每年的原材料成本降低了 5%。

公司已经能够从麦糟中分离出更多的水分,现在副产品的销售也给公司创造了利润。

此外,Full Sail 预计公司每年的用水量将减少一百万加仑,这有助于实现其可持续性目标。

使用新系统,将减少一百万加仑水的费用,也不用为这些水执行管道输送、泵抽和加热冷却等操作。从根本上减少水的使用对环境的影响是无价的。

上述结果是 Full Sail Brewing 公司将 Rockwell Automation 产品和服务与其他产品配合使用实现的。具体结果可能因客户而异。

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