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精釀啤酒廠提高產量

挑戰

  • 升級現有裝填設備以大幅提高生產速度並提升啤酒品質

解決方案

結果

  • 生產速度從每分鐘 120 瓶增加至 180 瓶,並具備最高每分鐘 400 瓶的生產能力
  • 改善品質:含氧量百萬分率測量錯誤減少 80% 至 90%

背景

早在特製啤酒成為熱門行業與文化現象之前,密爾瓦基州 Lakefront Brewery 釀酒廠就已開始釀造手工啤酒。

Lakefront 釀酒廠由 Jim 與 Russ Klisch 兩位兄弟於 1987 年成立並持續發展,它是全美首家獲得認證的有機啤酒,並與當地農家合作取得「威斯康辛州獨有」的配料。

該公司於 1989 年銷售 125 桶,隨後銷售量開始倍增,產量也隨著 Lakefront 人口增加而成長。Klisch 兄弟於 1987 年使用 55 加侖不銹鋼酒桶,到 1990 年則自行研造裝瓶機器。

在他們由烘焙廠改建為啤酒廠的小型廠房中,產量於 1998 年達到近 3,000 桶。

這家啤酒廠很快就搬遷至更大的場地,其為該城市原本關閉的燃煤發電廠,業主以純正的釀造廠房取代了二手的家庭式釀造設備。

Lakefront 的產量於 2012 年成長至 33,368 桶,目前行銷美國 35 州與加拿大,其無麩質啤酒在當地的利基類別中排名第一。

挑戰

對於當地精釀啤酒廠而言,挑戰在於判斷適當的技術投資金額,而且必須帶來商業價值且無需高昂的前期成本,。

在討論各種選項之後,Klisch 兄弟決定於 2013 年升級裝瓶設備,以滿足持續擴大的消費者需求。

這對兄弟開始尋找價格實惠、可靠且有彈性的裝填機器,並且必須符合其釀酒應用的獨特生產需求。

公司總裁 Russ Klisch 解釋:「我們需要裝填設備以確保製程中特定位置的低氧含量及適當的殺菌,以及正負 1.5 毫升的高精度裝填。雖然氧氣在釀造過程中的某些環節 (例如發酵前) 極為重要,但零含氧量在裝填過程中也同樣重要,以免變質走味。」

Lakefront 需要有助於管理產品品質的裝瓶機,而且從 12 盎司換至 24 盎司酒瓶以及從全年釀造改成每季釀造產品時,需要更快的產品換模速度。

Klisch 表示:「生產速度與機器可靠性是我們的關鍵要求,我們希望減少每天 10 小時的班次以改善營運效率,唯一的方法是改善機械運轉時間以提高生產速度。」

為了配合當地特有的釀造方法以及對當地供應商的忠誠度,Lakefront 選擇總部位於威斯康辛州的機器製造商 KHS USA Inc. 協助他們升級裝填設備。

解決方案

KHS 運用其超過 140 年為大型飲料生產商打造裝填設備的經驗,設計了一台機器來為這家中型企業提供經濟實惠的自動化設備。這部 KHS 機器名為 Innofill Micro Glass-Bottle Filler,它利用成熟的機械閥門,以所需的溫度與壓力,將啤酒裝填至 Lakefront 的瓶子,實現所需要的高精度裝填。

KHS 與 Rockwell Automation 密爾瓦基州銷售辦公室的工程師合作,共同設計開發這部全新的機器。

KHS 工程設計部門主管 Jeff Gilberg 表示:「由於 Rockwell Automation 從一開始就加入設計團隊,因此我們能夠創造具成本效益的高效能解決方案,以高產量的無菌環境產出小輸出規模的啤酒。

「這同時幫助我們設計出能讓 KHS 進入全球新市場的解決方案。」這支團隊共同合作,盡可能降低機器的最終耗電量。KHS 使用 DS SolidWorks 的 SolidWorks 設計軟體以及 Rockwell Software® RSLogix™ 5000 軟體的控制設計,連結幾乎所有其打造的機型,以 Allen-Bradley® 運動控制分析軟體建立全新小規模輸出應用的機型。運動控制分析工具協助 KHS 依據扭矩需求,評估並選擇最佳的伺服馬達解決方案。

Lakefront 的啤酒品質獲得提升,部分歸功於裝填流程中的含氧量百萬分率測量錯誤減少 80% 至 90%。

Innofill Micro Glass-Bottle Filler 將啤酒裝填至瓶中,然後將其輕輕地放置於填料噴射器,並以潔淨熱水的細微水流攪動啤酒。

這些熱水會產生泡沫並覆蓋每個瓶子的頂部,防止任何氧氣進入。瓶蓋機將泡沫向下壓以擠開泡沫,並產生無菌點以供放置瓶蓋。完成裝填的啤酒瓶接著輸送至裝箱機,然後運送至零售供應商。

這部機器採用 Allen-Bradley CompactLogix™ 可程式自動化控制器,它與 Allen-Bradley Kinetix® 6500 伺服驅動器以及 Allen-Bradley MP Series™ 伺服馬達透過 EtherNet/IP™ 網路緊密同步,在單一標準工業網路上提供整合運動控制。

如此可免除專用動作網路的需求,減少佈線且無需建立閘道以取得來自隱蔽網路的資訊。它同時也提升了診斷效果並簡化維護作業。

另外,使用單一程式設計環境可改善工程設計作業。為了提升機器安全,Rockwell Automation 進行了風險評估並實作安全繼電器與安全限速模組,以降低在評估過程中發現的操作員安全性風險。

安全限速技術有助於提高生產效率,讓操作員在機器安全運轉的同時可進行維護與其他工作。風險評估程序亦有助於確保符合適用的全球安全標準。

結果

無縫順暢的安裝作業可避免造成釀造製程的任何中斷,而且新的裝填設備符合 Lakefront 小佔地面積的需求。更重要的是,這部機器大幅減少 Lakefront 的產品換模、維護及故障排除時間,因為操作員可使用 Allen-Bradley PanelView™ Plus 圖形人機介面FactoryTalk® View Machine Edition 軟體來儲存及取出配方。

Klisch 解釋:「對於全年生產 22 種不同類型啤酒的精釀啤酒廠而言,快速換模就非常重要,其中只有 12 種是全年釀造,新的裝填設備能夠輕鬆地由全年釀造轉換為季節性釀造。」

生產速度從每分鐘 120 瓶增加至 180 瓶,而且 Lakefront 設施中的 Innofill Micro Glass-Bottle Filler 具備最高每分鐘 400 瓶的生產能力。

Klisch 表示:「現在我們平均有 90% 的機器運作時間,相較於採用新機器之前,只有 70%。此外,我們每天只需要一輪 10 小時班次而非兩輪,因此可節省成本,讓我們的工作變得更輕鬆。」

更重要的是,Lakefront 的啤酒品質獲得提升,部分歸功於裝填流程中的含氧量百萬分率測量錯誤減少 80% 至 90%。

Gilberg 表示:「新的裝填機器提升了啤酒的品質與完整性,同時提高現場清潔程序的衛生條件,減了啤酒的製程損耗,確保高產量及減少溢出量。」

這套新機器也降低了其他類型的浪費。Klisch 表示:「在使用新的裝填機器之前,我們面臨產品品質與一致性的挑戰。例如,我們會有六或七箱啤酒的裝填量錯誤或裝錯瓶蓋,但使用新的 KHS 機器與 Rockwell Automation 控制平台之後,我們降低了 80% 的報廢率。」

Klisch 表示:「最後,該團隊設計了價格合理的自動裝填機,並且超乎我們的預期。對於我們這種小型精釀啤酒商而言,這項技術投資帶來令人印象深刻的進步,絕對物超所值。」

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