挑戰
- 擴展並淘汰老舊批次系統，以提高飲料生產流程的產量與一致性
解決方案
- PlantPAx 製程自動化系統 - 整合式完全備援系統，以伺服器端虛擬化技術來改善可用性
- 包含具備通訊能力與本質安全 I/O、資訊主導、可擴充、多功能的控制平台
- 監控層級視覺化功能，幫助操作人員深入剖析製程資訊
- 資料管理、效能與透明度及生產管理軟體最佳化製程與批次控制
結果
- 增加整體系統效率與產量
- 提升製程一致性 - 達成每批次修正不超過一次的目標
- 增加系統彈性 - 自動調整原料差異性並簡化配方建立
- 協助透過個人登入、電子簽名和自動登出功能，加強系統安全
背景
產品安全與一致性是任何飲料製程的關鍵。數十年來，飲料生產者均仰賴非標準型的批次系統來協助維持製程品質和產量。
隨著法律規範越來越嚴苛、具備技能的人員不斷減少，還有市場對產品變化的需求不斷提升下，飲料生產者需要更多史無前例的標準化作業。
有一家全球性的蒸餾飲料、啤酒和紅酒生產者計劃擴展其伊利諾州廠房的產能，因此找上製程設計公司 Barnum Mechanical, Inc.，希望能找到整合與一站式解決方案，Barnum 則透過 Industrial Automation Group 提供新的控制系統。
Industrial Automation Group 總部位於加州莫德斯托 (Modesto)，專長於餐飲業的製程控制解決方案。該公司為 Rockwell Automation 認證的系統整合商，也是控制系統整合商協會 (CSIA) 認證會員。
挑戰
Industrial Automation Group 專案經理 NinivTamimi 表示：「改善現有基礎的製程效率，是該飲料公司的目標。此外他們也計劃要在系統中增加原料儲存槽、半成品、批次與裝瓶槽，以提升總產量。」
該廠房擴展案規模相當大，接收區增加了 75% 左右的軌道車/卡車站和儲存槽，混合室進行了類似的擴充，另外裝瓶區也增加了酒槽，並將現有的酒槽轉換為「彈性運用槽」，可用來裝瓶，也可用來儲存原料。
Tamimi 解釋：「該公司擴展營運，計劃是要移轉為「多合一」的批次解決方案，安裝符合 S88 標準的高效率系統。」
ANSI/ISA-88 (S88) 標準為工業自動化系統的批次控制提供一致的術語及標準組合，包括實體的型號、程序與配方管理。該公司現有的系統並不符合 S88。
Tamimi 表示：「該公司使用商用資料庫軟體來儲存配方，他們的整個批次系統用 Visual Basic for Application (VBA) 程式碼和舊式人機介面來進行程式設計。」為了讓現有系統達到可接受的產品品質，該廠房每一批次經常需要執行二或三次的批次修正，每次批次修正的測試時間約兩小時。此外，該系統更缺少「容錯轉移」或備援功能。
Tamimi 表示：「只要某一伺服器出錯，整個系統便會停機二至四小時。我們的客戶除了改善產品品質，更需要提升系統可用性。」
最後一項重要因素，該公司需要提升安全性，他們現有的系統只有三種登入權限：操作員、監督員與管理員。登入密碼能輕易為所有使用者共用。客戶指定新的製程系統必須整合使用者專屬登入、自動登出與電子簽名等功能。
解決方案
Industrial Automation Group 採用一套以 PlantPAx® 製程自動化系統為基礎的控制解決方案，該系統為 Rockwell Automation 所推出的現代分散式控制系統 (DCS)。
Tamimi 解釋：「我們可透過 PlantPAx 解決方案設計出高可用性的系統，善加利用許多新興技術，如虛擬化技術。後來我們為這個應用選擇了虛擬環境。」
Rockwell Automation 支援 VMware® Ready 軟體的虛擬化技術，並建議使用伺服器虛擬化技術和 VMware vSphere® 來處理執行時間的生產應用程式。使用伺服器虛擬化技術，可省去對全主機作業系統 (OS) 的相依性，為關鍵應用程式提供一個更穩定的環境。
新系統內含資訊主導、可擴充、多功能的控制平台，結合製程及離散控制與通訊和本質安全 I/O。此完全備援系統控制製程區和現場清潔 (CIP) 滑架的應用程式。遠端控制與危險區 Class 1 Division 1 處理整合。操作員工作站則設立在控制室和批次室內，另外工程工作站也位在控制室內，可即時將製程最佳化。
PlantPAx 系統亦包含監控層級視覺化功能，可幫助操作人員深入剖析製程資訊。資料管理、效能與透明度及生產管理軟體則提供製程與批次控制。
為了讓廠房在升級過程中盡量維持運作，Industrial Automation Group 分階段實施系統。首先，超大型的液體接收區先開始運作，包括新的卡車站和軌道站，以及新的大型儲存槽。也將通用產業通訊協定順序套用在這些資產上。
接著，加入新的批次系統。有 120 份原本的配方在實作系統時重新建立。廠房擴展且系統加入新資產後，為了縮短批次的時間並維持品質，更對材料的加入順序進行了修改。
Tamimi 表示：「嚴格的測試與品質控制極為重要，我們必須在淘汰舊系統之前證明新系統確實能執行現有的配方。」完成一開始的工廠驗收測試 (FAT) 後，團隊用兩週的關機時間完成新控制系統的整合。我們對系統進行了進一步的測試，並視需要調整參數與配方。
結果
Tamimi 表示：「廠房整體的產量與一致性均獲得提升，公司還能輕鬆透過批次系統加入新配方，因為多數的作業和許多單元程序都是共用的。」
為了進一步簡化配方的開發，系統可依照操作員的輸入或其他定義變數動態決定優先順序。假如同樣的材料位在其他儲槽內，還可利用批次軟體內建的材料管理功能，不需重新編寫配方。
Industrial Automation Group 在試運轉階段協助該飲料公司加入了 50 份新配方。
系統同時改善通用產業通訊協定的報告功能，在每個通用產業通訊協定週期完成時追蹤所有排序並自動產生報告，記錄下正確的清潔程序，接著才開始執行下一個批次。
此外，系統亦協助確保產品的一致性。
Tamimi 解釋：「進入系統的原料不見得每次都符合配方所定義的特性，當發生此情況時，我們可以更新系統內的參數，讓系統自動調整各配方的成分數量。」
在 PlantPAx 系統的協助下，該飲料廠達成了他們的目標，每批次的修正次數不超過一次。
最後，系統加入個人登入與電子簽名功能，加強了安全性，且所有關鍵項目均在 15 分鐘後自動登出，需重新輸入認證。
