對(duì)溶劑廠的批次生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代化改造不僅改善了質(zhì)量控制并增加了收益，而且還通過報(bào)警通知功能避免對(duì)操作員造成困擾。
智能手機(jī)及其他設(shè)備中使用的半導(dǎo)體器件具有體積小功能強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，不過器件制造過程可能步驟繁瑣耗時(shí)較長(zhǎng)。在此過程中，要保證這些小巧的精密微電子元件具有非常高的純度，清潔劑將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
位于加利福尼亞州海沃德的DuPont小批量生產(chǎn)工廠負(fù)責(zé)數(shù)十種半導(dǎo)體清潔劑的生產(chǎn)。但近年來，該廠的批次生產(chǎn)控制系統(tǒng)出現(xiàn)老化跡象。
系統(tǒng)不僅缺乏支持，還產(chǎn)生了各種生產(chǎn)問題，例如，困擾操作員的彈出式警告以及難以管理的各種報(bào)警。更為嚴(yán)重的是，通過客戶審計(jì)發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)缺少基于配方的自動(dòng)化流程，而該流程恰恰有助于改善生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制水平。
該廠不得不做出抉擇：更換老舊的批次生產(chǎn)控制系統(tǒng)，或者維持現(xiàn)狀，導(dǎo)致每月?lián)p失數(shù)千美元的生意。該廠選擇升級(jí)改造。做出該選擇，不僅讓工廠改善了質(zhì)量控制水平，還提高了產(chǎn)量，創(chuàng)造了新的月銷量記錄。
升級(jí)需求
海沃德工廠的大多數(shù)老舊控制系統(tǒng)采用手動(dòng)操作，只有將物料從存儲(chǔ)罐批量添加到混合罐是自動(dòng)化操作。所有其他物料都是由操作員用鼓泵站和固體輸送站手動(dòng)添加。操作員還要負(fù)責(zé)設(shè)定物料在過濾器中的混合和循環(huán)時(shí)間，并采集產(chǎn)品樣品。實(shí)現(xiàn)預(yù)期的產(chǎn)品后，再由操作員手動(dòng)送往包裝區(qū)的灌裝系統(tǒng)。該區(qū)域的工作人員負(fù)責(zé)將產(chǎn)品分裝到 1 到 5 加侖的容器和 200 加侖的包裝袋中。
過多的手動(dòng)操作增加了出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。例如，操作員可能原本計(jì)劃將一種物料混合 15 分鐘，但由于其他任務(wù)的干擾，最終物料混合了 18 分鐘。此類情況可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的細(xì)微差異。
此外，老舊系統(tǒng)有時(shí)還會(huì)干擾生產(chǎn)過程。DuPont 自動(dòng)化和過程控制工程顧問 Nancy Givens 表示：“采用之前的 HMI 配置方式，每次開關(guān)閥門時(shí)都會(huì)收到彈出式警告。如果操作員要打開三個(gè)閥門，就會(huì)收到三個(gè)彈出式警告。這不僅給操作員造成困擾，還增加了出錯(cuò)的幾率。雜亂的界面可能導(dǎo)致操作員開/關(guān)錯(cuò)誤的閥門。”
還有一個(gè)問題就是報(bào)警。老舊系統(tǒng)采用硬編碼和用戶自定義相結(jié)合的報(bào)警設(shè)定值。硬編碼報(bào)警難以管理，操作員通常耗費(fèi)大量時(shí)間來定位具體代碼。此外，此類報(bào)警也沒有應(yīng)用分配優(yōu)先級(jí)等現(xiàn)代報(bào)警功能的最佳實(shí)踐。
上述問題，以及客戶對(duì)質(zhì)量控制的更高要求，使控制系統(tǒng)升級(jí)成為必然選擇。
第一階段：控制系統(tǒng)升級(jí)
Givens 與系統(tǒng)集成商 TechKnowsion 和羅克韋爾自動(dòng)化（DuPont 全球聯(lián)盟供應(yīng)商）通力合作，規(guī)劃并執(zhí)行控制系統(tǒng)升級(jí)。該團(tuán)隊(duì)分兩個(gè)階段實(shí)施升級(jí)。
第一階段，他們將批次生產(chǎn)系統(tǒng)的可編程序邏輯控制器 (PLC) 和 HMI 更換為 PlantPAx 分布式控制系統(tǒng) (DCS)。這需要對(duì)老舊 PLC 代碼進(jìn)行逆向工程，以確定新控制代碼的要求。Givens 解釋道：“我們不滿足于僅僅復(fù)制或轉(zhuǎn)換代碼，我們對(duì)照系統(tǒng)的功能需求，對(duì)代碼進(jìn)行了大量整理和改進(jìn)。然后將代碼集成到 PlantPAx 過程對(duì)象庫。多年來，我們根據(jù) DuPont 的具體需求對(duì)該庫進(jìn)行了定制?！?/P>
控制系統(tǒng)的新 HMI 采用現(xiàn)代可視化風(fēng)格，提供更好的視覺體驗(yàn)。Givens 指出：“老舊的 HMI 使用多種色彩，可能會(huì)造成屏幕雜亂無章。而新的灰度 HMI 以紅色突出顯示重要項(xiàng)目，對(duì)嚴(yán)重問題進(jìn)行提醒。自從實(shí)施新 HMI 后，我做過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，操作員十分清楚關(guān)注點(diǎn)在哪里，再?zèng)]有遺漏任何重要事項(xiàng)?！?/P>
第二階段：批次生產(chǎn)自動(dòng)化
第二階段，羅克韋爾自動(dòng)化全球解決方案團(tuán)隊(duì)直接與 DuPont 合作，配置并安裝 FactoryTalk Batch 軟件，實(shí)現(xiàn)全配方控制和順序自動(dòng)化。
Givens 和她的團(tuán)隊(duì)希望遵循 ISA S88 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)為批次生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)施搭建框架。采用該標(biāo)準(zhǔn)后要求羅克韋爾自動(dòng)化團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建生產(chǎn)設(shè)備的物理模型，再構(gòu)建自動(dòng)化生產(chǎn)階段的工序模型。這些Phase可以作為構(gòu)件，更具需要應(yīng)用于不同配方中。
Givens 表示：“批次生產(chǎn)軟件中的Phase管理功能幫助我們明確按照 S88 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施系統(tǒng)，節(jié)省了大量的時(shí)間。各Phase只需配置一次，例如混合或添加階段，然后便可多次重復(fù)使用。相對(duì)于面向每個(gè)配方分別編寫新代碼效率顯著提高?！?/P>
該團(tuán)隊(duì)還利用此批次生產(chǎn)軟件執(zhí)行抽樣和配方檢查等手動(dòng)流程。該軟件將手動(dòng)Phase集成到自動(dòng)化階段中，實(shí)現(xiàn)兩種操作方式的無縫切換。Givens 表示：“在整個(gè) DuPont 內(nèi)部，廣泛采用此功能。相對(duì)于在控制器中編寫手動(dòng)流程代碼，此功能易于實(shí)現(xiàn)?！?/P>
最后，該團(tuán)隊(duì)與羅克韋爾自動(dòng)化配合，安裝用于追蹤工廠儲(chǔ)罐中的物料的軟件。該軟件取代了原有的紙質(zhì)登記系統(tǒng)，省去人工庫存跟蹤工作。
此外，它還集成了自動(dòng)儲(chǔ)罐切換功能。Givens 解釋道：“之前，如果儲(chǔ)罐在加料階段用盡物料，操作員必須查看添加了多少物料，再計(jì)算儲(chǔ)罐還需要多少物料。而現(xiàn)在，軟件自動(dòng)計(jì)算需要的物料剩余量，切換儲(chǔ)罐，并添加所需物料量，直到達(dá)到設(shè)定值?！?/P>
質(zhì)量控制和產(chǎn)量
該廠在一周內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了新的自動(dòng)化系統(tǒng)，且僅占用計(jì)劃的停機(jī)時(shí)間。這次升級(jí)將工廠的過時(shí)平臺(tái)升級(jí)為完全受到支持的新平臺(tái)。并且，新的 HMI 還解決了之前困擾操作員的彈出式警告和報(bào)警管理問題。
羅克韋爾自動(dòng)化過程對(duì)象庫節(jié)省了設(shè)計(jì)、配置和部署的時(shí)間。事實(shí)上，Givens 估計(jì)工廠的編程配置時(shí)間減少了 40%。即便在新系統(tǒng)投入運(yùn)行后，該庫仍可發(fā)揮積極的作用。
Givens 表示：“該庫有助于實(shí)施維護(hù)和故障排除工作。如果要訪問并更改描述，無需打開工程師站或編程軟件，只需在 HMI 中使用面板即可。如果閥門無法打開，操作員可打開面板，然后打開互鎖圖標(biāo)，以查看問題的原因。過去，操作員可能不得不組態(tài)一張畫面來查看閥門互鎖情況，或翻閱紙質(zhì)文檔來解決問題。而現(xiàn)在，只需幾步簡(jiǎn)單的操作即可找到答案?！?/P>
此外，該批次生產(chǎn)軟件將工廠非常有限的自動(dòng)化程度提升為完整的批次生產(chǎn)自動(dòng)化水平，其中包括自動(dòng)化清潔過程。幫助工廠達(dá)到 DuPont 客戶期望的質(zhì)量控制水平。通過修改軟件來提升不同生產(chǎn)單元之間的協(xié)調(diào)性后，工廠的產(chǎn)量顯著提高。
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