嘉吉如何實現永續流程的最佳化

嘉吉的目標很高：它致力於成為為人類提供營養的全球領導者。該農業集團在全球70個國家擁有155,000名員工，並擁有完全整合的供應鏈─從農場到零售店及餐館─一切都一帆風順。

食品加工是其主要的業務內容，從較小的油籽壓榨廠、玉米油精煉廠、澱粉精煉廠及醃製生產廠，到更複雜的乙醇蒸餾及玉米發酵設施。

為了實現整個工廠內的流程最佳化，嘉吉正在進行結構化的全球持續改善(CI)計畫。

當然，流程控制是一個高優先順序的任務，因為它會影響產量、生產力、能耗及生產品質。嘉吉公司工程與資料科學團隊的精煉廠流程控制主管Chris Christie說：「作為我們的CI計畫的一部分，會進行流程控制研究，然後將控制策略標準化，並部署於具有類似流程的工廠中以提高效率，」。

其成果令人振奮─在一定的程度上。Christie解釋：「因為我們持續進行推展，我們已經落實了控制迴路，並看到了它們所提供的價值，」「然而，我們很快便意識到，由於各種結構及技能的原因，讓這個成果無法持續下去。」

為了更好地維持嘉吉流程最佳化計畫的成果，需要一個控制迴路效能監控及先進的診斷解決方案。Christie及他的團隊展開了概念方案的評估、選擇及試驗證明，現在從洛克威爾自動化的Encompass產品合作夥伴控制站開始，推展PlantESP至全球超過70個嘉吉的生產基地。

進步已達極限

一般的嘉吉生產設施─依據大小─使用數十、數百甚至數千個PID控制器來管理生產。雖然有設定讓所有控制器以自動模式運作，但當流程控制工程師讓工廠自動運作時，有些控制器會變回手動模式。結果無法獲得最佳化帶來的好處。

當時無法追蹤模式的狀態，並缺乏工廠等級的責任歸屬，因此僅在發現問題後才能發起效能分析及例如PID調校等行動。Christie解釋：「對於較簡單的流程，例如油籽壓榨及精煉，我們沒有配置流程控制人員，所以我們從未將這兩者聯想起來，」。

調查既複雜又耗時，通常還牽涉模式趨勢資料的檢視以及多個趨勢的手動比較，以確定發生問題的控制器。控制站工程副總裁Bob Rice表示：「這種手動分析的方法還必須考慮訊號干擾，因為它使模式辨識變得更加困難。」

為了更好地維持所有生產設施的一致效能，嘉吉需要一個控制迴路監控工具以提高迴路效能的可視度，檢測即將發生的問題，並為故障排除提供診斷及建議的修復方式。

開始找尋解決方案

2015年年中，Christie開始了一項可行性研究，比較了九種不同的解決方案。其中兩個解決方案符合嘉吉的功能及使用介面需求，並具有所需的技術指標，因此接著評估它們是否與嘉吉現有的OSIsoft PI資料資訊收集模組(由洛克威爾自動化Encompass™產品合作夥伴OSIsoft, LLC開發)相容。

最後，嘉吉選擇了控制站的PlantESP，因為它易於部署、設置及使用；透過OSIsoft PI-SDK可直接連接到嘉吉的資料資訊收集模組；並且其集中式伺服器可支援與多個工廠連接。

此外，PlantESP的功能還能與洛克威爾自動化解決方案互補。嘉吉主要使用Allen-Bradley ControlLogix控制系統來運作其油籽壓榨廠及一些PLC-5以後的PLC。它也使用洛克威爾的自動化處理器、變頻器及人機介面(HMI)軟體。

該軟體使用關鍵績效指標(KPI)來提供先進的診斷及全廠區的流程最佳化，藉此確認、隔離及描述控制迴路的效能問題。這有助於嘉吉集中來自多個當地工廠資訊收集模組的原始流程資料，並將之轉換為可由儀表板存取的可採取行動的資訊。

它分析PID控制器的效能特徵，辨識由機械、PID調校或流程互動問題所引起的變化。它提供先進的鑑定工具以簡化根本原因的分析，並可作為嘉吉管理階層提供評估所有工廠相對效能的工具。

控制站總裁兼首席執行長Dennis Nash表示：「易用性是該技術的一個重要特點，因為它基本上消彌了一般導入先進分析工具會有的『恐懼因素』，」。

以試點為證

該試點於2015年底開始，在三家嘉吉工廠的重要迴路試行：

• 密蘇里州堪薩斯市一家擁有104個迴路的油籽壓榨廠
• 內布拉斯加州布萊爾一家擁有250個迴路的玉米油精煉廠
• 荷蘭一家擁有23個迴路的澱粉精煉廠的一個運營單位。

同時進行兩個活動，包括了：

1. 開發一個中心架構，作為包含全球70多家工廠的藍圖。
2. 將資料從每個站點的當地資料資訊收集模組中提取至中央伺服器，並從中央伺服器中設置工廠以進行分析。

至2016年初，所有三個設施都在一個集中伺服器上的單一實例中成功運作。

因此，嘉吉展開了預計於2020年完工的部署。截至目前為止，PlantESP已經部署於60多家工廠，包括油籽壓榨、精煉及醃製生產設施。在每個站點，整個工廠團隊都會接受關於資料來源及結果處理方式的訓練。

實現了一致的流程最佳化

在使用PlantESP的設施中，嘉吉現在可將PID控制器的效能維持在標準狀態。無法維持穩定的環線閉合差時，自動產生的報告可讓當地工作人員在控制器變成手動模式前採取適當的行動。

Rice表示：「這使得嘉吉能在超過95%的時間裡，將控制器維持在『正常』模式，這同時又強化了他們投資自動化的價值，」。

Christie觀察道：「我們可以對控制迴路的效能有更好的可視度，從而了解流程，因此我們更能維持控制策略的價值，」「由此，我們看到了生產力及效率的增加以及流程產量的改善。」

現在，正常及整體迴路健康中的時間占比等簡單指標，可供當地工廠營運團隊中的不同人員使用，並通報上達指揮系統。進階指標(如振盪可能性及靜摩擦可能性)可用於更高等級的故障排除。

每日及每週的工廠生產會議都包含了指標以及嘉吉的問題處理方式的指導原則。

改善了當地及中央控制資源的使用。由於軟體會在辨識出不匹配時主動發出警報，因此可減少對於特定迴路的調校，它也提供了調校評估以及新參數的建議值。

由於軟體會自動擷取並模擬日常輸出變化，因此工程團隊無需再執行撞擊試驗。該工具的鑑定功能有助於簡化公司在整個工廠內的最佳化工作，而無需3到4個月的人工分析。

此外，現在還可偵測到程式編寫的異常。在具有類似控制器及控制迴路的剝皮機台高度閥中，PlantESP可用來標示哪位工廠作業員較其他人更常變更機台的高度。藉此確定一個程式的編碼不同，並修復程式以解決問題。

此外，現在可以偵檢到可能尚未被注意到的問題。當工廠作業員熬夜解決了一個很大的流程問題，第二天的指標就出現了錯誤。一項調查顯示，根本原因是人為失誤及訓練誤差的結合，而這很快得到了解決。

對於尋求類似成效的製造商，Christie建議讓利害關係人了解流程控制的價值、確認現場團隊可對指標負責，並優先從高價值控制迴路開始增加。