King's Hawaiian 对技术要求进行标准化

挑战

  • 为机器制造商创建一个公用基础设施,以成为新工厂中第一个集中化的数据收集系统

解决方案

成果

  • 实现了实施时间表目标 – 在时间很紧(比计划提前一个星期)的情况下设计并交付了一座集成的工厂
  • 产量提高一倍,产能提升 – 能够将每天的面包产量再提高 180,000 磅,使产量提高了一倍

公用网络和 Integrated Architecture 使所有机器之间的集成和数据共享变得更加轻松

背景

King's Hawaiian 面包独特的甜蜜味道使它成为美国人最喜爱的食物,同时也给该公司注入了增长动力。50 年前,Robert Taira 在夏威夷创造了这种标志性圆面包的配方。后来,Taira 的店(檀香山的 King's Bakery)成为了一处旅游目的地,来自美国大陆的游客经常在这里购买面包作为礼物送给亲朋好友。

随着人们对 King's 面包的需求不断增长,Taira 把家搬到了南加州,建造了一座占地 30,000 平方英尺的工厂。面包的知名度不断提高,Taira 一家的生意也越做越大。到了 20 世纪 90 年代,King's Hawaiian 将其加州面包厂的规模又扩大了 40,000 平方英尺。2004 年,公司建造了一座 150,000 平方英尺的自动烘焙厂并将总部设在了附近。

到了 2010 年,King's Hawaiian 的产量再一次达到了饱和。其加州工厂和面包厂全天候营业,消费者需求蔓延到了整个美国。公司还扩大了产品线,不再单单生产标志性的圆面包,而是增加了烤制小面包、小面包卷和三明治面包的项目。

由于天然气价格上涨且面包厂预算中的其他运输成本增加,King's Hawaiian 决定在美国东部新建一座工厂。这样,公司就可以通过更快、更划算的方式不断推出新的产品系列。

挑战

King's Hawaiian 选择在乔治亚州的奥克伍德建造一座占地 125,000 平方英尺的自动化程度很高的工厂,并计划在 10 个月内投入生产。这个时间表带来了一项挑战,尤其是考虑到该项目的复杂性。整个面包烘焙流程总共需要 11 台由不同的原始设备制造商 (OEM) 制造的专业机器,而且控制和信息平台需要一个独特的设计环境、用户界面和供应商支持模型。

虽然最初的项目截止日期很紧张,但 King's Hawaiian 仍然希望工厂信息基础设施可以满足其长期需求。

“我们一直是一家小型的家族公司,所以在 3,500 英里之外的乔治亚州建造一座新工厂是我们迈出的巨大一步。”King's Hawaiian 的工程总监 Mike Williams 说道,“我们希望我们远在加州就能看到整个流程的运转情况,以确保生产能够满足客户的预期要求。”

King's Hawaiian 还希望提高数据采集能力,以便帮助公司始终烘焙出品质最高的产品,同时提高整个企业的运营效率。

“作为一家公司,我们还没有做过大量的正式报告或评估,我们捕获的数据基本上都是手动填入的。”Williams 说道,“我们正在建设新工厂,所以我们希望拥有能够从各个方面捕获信息所需的基础设施。”

整个运营过程都以烘焙流程为中心。制作 Hawaiian 面包的第一步是精确测量和混合干原料。然后,将干混料移动到连续混合机中,添加液体原料。混合后,将面团移动到另一个房间的机器中,将面团揉成球状并将其分到铝制器皿中制作各种产品。之后,面团被移动到另一台机器 — 发酵箱中,并在此发酵。然后,将发好的面团放入烤箱中。当烤好的面包出炉时,必须将其放置在一条长传送带上冷却,之后才能将其送到包装机中检查并发运。

“我们的生产过程需要超过 11 台机器,因此我们不能没有明确的规格和整体集成设计架构,不能对所有 OEM 都采取放任的态度。”Williams 说道,“否则,我们就必须学习多种类型的可编程逻辑控制器和 HMI,还要储备同种零件的多个种类以供维修使用。”

除了标准化的规格之外,King's Hawaiian 还希望工厂的员工能够轻松地进行维护和故障处理工作。“我非常支持让工厂尽量自给自足,”Williams 说道。

通过 FactoryTalk ViewPoint,这个家族企业能够从任何拥有互联网接入服务的地方远程监控工厂的运营情况,从而确保生产符合客户的预期要求

解决方案

在不到一年的时间里,该公司必须从超过七家供应商那里指定并采购设备,集成设备,并检测设备的可靠性,以达到每小时 8,000 磅面包的产量。

Williams 与他的团队以及 Bachelor Controls Inc. (BCI)(一家 Rockwell Automation 解决方案合作伙伴)合作,创建了一个使 King's Hawaiian 能够达到其短期目标的架构 — 使设备正常运行以便工厂按时投入生产,同时为在整个企业内实现信息采集和共享而打下基础。

“BCI 把重点放在了前端设计上,这使我不得不成为他们的忠实客户。”Williams 说道,“他们使我们努力地去提前解答一些重要的问题,这样他们就可以在我们一开始的基础上进行优化改良,提供更接近我们实际需求的结果。”

作为该项目的集成商,BCI 收集了每个 OEM 在控制器和人机界面 (HMI) 方面的要求,编写出了在 Rockwell Automation Integrated Architecture™ 系统上实施标准化的总体规范。随后,BCI 与 Rockwell Automation 合作验证该系统的设计。

“我们想为 OEM 建立一种公用配置,以便所有内容都可以轻松互联,良好沟通。”BCI 孟斐斯分公司经理 Rusty Bailey 说道,“我们还了解大的形势:King's Hawaiian 需要能够监控整个企业的流程,并作出明智的决定以提高生产效率。”

BCI 要求所有 OEM 都使用 Allen-Bradley® ControlLogix® 可编程自动化控制器 (PAC),它具有一个集成平台,用于在单个编程环境中实现可扩展运动和机器控制。通过这种集成,King's Hawaiian 需要维护的备件的数量减少了,而控制平台的开放性有助于确保能够与第三方组件轻松集成。

考虑到具体要求,还需要一种针对每台机器上使用的可视化和信息软件的标准化方法。每台机器上都使用了 FactoryTalk® View Site Edition 软件,以简化应用程序的开发和培训 — 这对于一个周转速度较快的项目来说是一个节省时间的关键元素。BCI 指定使用该软件的 Site Edition 版本,目的是让 King's Hawaiian 的团队能够更轻松地长期独自管理升级事宜。然后,在拥有单独的触摸屏和固态硬盘的 Allen-Bradley 工业环境计算机上运行该可视化软件的每个版本,以保护系统并减少未来发生故障的次数。

对于包装机,BCI 指定使用 Allen-Bradley CompactLogix™ 可编程自动化控制器Allen-Bradley PanelView™ Plus HMI。通过 Integrated Architecture 系统的可扩展性,BCI 可以使用小型控制器,该控制器可以提供 Logix 控制平台的所有好处,只是形状较小。

整个工厂都通过 EtherNet/IP™ 进行通信。这个统一的网络架构帮助公司加快了工厂的投产速度,并减少了机器的设计、开发和交付总成本 (Total Cost To Design, Develop and DeliverSM)。通过 EtherNet/IP,King's Hawaiian 的工程师还可以从位于中心控制室的两台冗余 VMware 服务器远程访问、诊断和维修他们的机器。

“通过在 Integrated Architecture 系统上实现标准化,我们的员工现在能够在工厂内的不同流程之间切换,并使用相同的软件和知识来解决大量问题。”Williams 说道,“利用该架构,我们还可以收集各个方面的海量数据,从烤箱温度到烘焙时间,再到称重秤和维护操作,不一而足。而这么多数据,我们过去是根本无法手动管理的。”

生产信息通过 FactoryTalk Historian 软件进行保存、存储和管理,该软件可以收集并存档工厂中所有设备和数据来源的时间序列数据。FactoryTalk VantagePoint 软件 可将信息关联并汇总起来,并生成实时的、与不同用户的情况和历史情境相关联的仪表板和基于 Web 的报告。Williams 和公司的其他人可以使用 FactoryTalk ViewPoint 软件访问数据,并从任何拥有互联网接入服务的地方远程监控工厂的运营情况。

成果

新工厂于 2011 年 10 月开工,比计划提前了一个星期。很快,它就使公司的面包产量增长了一倍。

工厂正在生产公司的两种最畅销的产品 — 标志性的圆面包和 12 个装的小面包卷。由于建设工厂的目的是为了今后发展,因此工厂有能力再添加一条生产线。从长远来看,公司计划所有类型的产品都在乔治亚州的工厂生产。

“公用网络架构使我们在几个星期内即可建成这座工厂并使其投入运营,无需耗费几个月的时间。”Williams 说道,“并且通过持续不断地供应材料,我们能够储存我们熟悉的备件,从而缩短故障期间浪费的生产时间。这座工厂使 King's Hawaiian 实现了我们在可预见的未来需要达到的产能。”

工厂开工后的几个月内,项目的第二阶段圆满完成,即开发集中式数据采集和控制系统。Williams 和他的团队首先集中精力利用这些新信息来制定精确的产品质量标准和参数。之后,他们将重点提高运营效率。

“我们仍然处在探索阶段,因为这是我们第一次能够收集来自所有机器的数据,并在整个企业内实现数据可视化。”Williams 说道,“我们将仔细研究生产指标,了解 King's Hawaiian 实际的关键绩效指标和业务驱动因素是什么。”

“一支特别团队将帮助确定对于工厂各个部门来说最有价值的数据是什么。”Williams 说道,“从维护人员到会计人员再到保洁人员,每个企业所有人都有自己的核心利益,因此需要花一些时间来了解他们需要哪些数据。”Williams 说道,“然后,我们将确定这些信息是否真的有用。这是一个学习的过程,但我们都知道最终的目标是利用信息来获得最大价值。”

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