Preparación de lotes
Control avanzado de lotes
La producción de lotes es uno de los tres tipos principales de procesos de fabricación, utilizado para transformar las materias primas en productos acabados. Puede definirse como: • Partir de materias entrantes • Someterlas a una serie ordenada de actividades de procesamiento • Crear un nuevo producto saliente Un sistema de pesaje fiable y preciso que mide ingredientes y los transfiere al lote es una parte crítica del proceso. Este proceso puede ser automatizado, manual, o una combinación de ambos. En realidad, la transferencia automatizada y el control de lotes pueden gestionarse en el terminal de pesaje en lugar de en un sistema de control PLC o DCS completo. Un sistema/ terminal de pesaje adecuado también puede guiar la preparación de lotes manual. Un sistema de control de lotes independiente puede ser especialmente ventajoso en operaciones de báscula a pequeña escala porque elimina el tiempo de procesamiento y los costes asociados con la programación PLC. Este documento explica las ventajas del control de lotes independiente y las formas en que ayuda a: • conseguir resultados homogéneos; • aumentar la eficiencia; • reducir los costes. Finalmente, los resultados homogéneos aumentan la satisfacción del cliente y facilitan el cumplimiento de las normas de procesamiento o certificación de producto. La solución correcta aumentará la transparencia del proceso y simultáneamente mejorará el balance de la empresa.
Índice 1 Necesidad de un control de lotes específico 2 Selección de un sistema de control de lotes 3 Implementación de un control de lotes específico 4 Resumen 5 Recursos adicionales
Preparación de lotes
1 Necesidad de un control de lotes específico Un ejemplo de control de lotes que puede identificar mucha gente es el horneado de pan. Las materias primas de las recetas se organizan y luego combinan de una manera ordenada. Herramientas como cucharas de medición, mezcladores y calor transforman las materias primas en un nuevo producto, una fresca y deliciosa barra de pan. Este ejemplo está simplificado, pero es trasladable al entorno de fabricación. Ahora imagine cientos o incluso miles de barras de pan siendo horneadas todos los días. Puede haber variaciones incluso en la forma y sabor.
El escenario de control de lotes cambia significativamente. Una solución de control de lotes para gestionar la homogeneidad entre lotes es fundamental para garantizar una alta calidad de producto. La inversión en un sistema de control de lotes bien diseñado para gestionar este escenario de fabricación a gran escala también puede ayudar a: • aumentar el rendimiento; • reducir los desperdicios de materias primas; • eliminar variaciones de productos finales; • maximizar la eficiencia total.
2 Selección de un sistema de control de lotes Elegir el sistema de control de lotes adecuado para un proceso determinado puede ser una ardua tarea: ¿Cómo puede determinarse que el sistema seleccionado mejorará la eficiencia de producción, eliminará pérdidas de materias primas y mejorará la homogeneidad de producción? La solución general debe gestionar diferentes tipos de transferencia de materiales en la plataforma de pesaje y pesar cada ingrediente. Un terminal de pesaje que pueda gestionar ambas actividades se presta a aplicaciones de preparación de lotes y puede ayudar al ingeniero de control a simplificar los procesos, ya que el pesaje de ingredientes y la transferencia de materiales son esencialmente dos partes de una acción única. Un sistema PLC puede aplicarse eficazmente, en especial, en casos en que el proceso de lote sea fijo —produciendo el mismo producto final— y puede cambiar sin problemas entre ingredientes y recetas. Sin embargo, puede que esta no sea la mejor solución para operaciones pequeñas y medianas que requieren flexibilidad en su proceso debido a la limitación de recursos.
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La Sociedad Americana de Instrumentación (ISA) S88 Control de Lotes (Parte 1-4) proporciona una norma de lotes homogéneos que puede ayudar a gestionar la aplicación de lotes, sin importar el tipo de solución que se elija. Al tener un controlador que incorpora las directrices S88, el usuario puede tener un sistema modular que proporcione una aplicación homogénea del sistema de control en varias ubicaciones, lo que puede minimizar requisitos de formación, simplificar el interface del usuario y permitir instalaciones en varias plantas para compartir recetas e información sobre su proceso en la misma estructura de datos. Con una solución PLC, se necesitará una cuidadosa programación e implementación para garantizar que se ha seguido un método homogéneo, en especial, en instalaciones con varias plantas. Por otro lado, una solución de control de lotes específica combinará tecnología de gestión de lotes y transferencia de materiales en un controlador de lotes repleto de características. Esto elimina la necesidad de la escritura del código PLC, reduce el tiempo de puesta en marcha y permite al cliente centrarse en sus áreas de especialización: su exclusiva y apetecible receta.
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3 Implementación de un control de lotes específico La selección de un sistema específico que siga una estructura documentada para el manejo de equipos, control E/S y rutas de materiales/recetas en el proceso de producción puede aportar ventajas inmediatas y medibles. La norma sobre lotes ISA S88 proporciona una guía útil para esta selección: • definiendo un modelo de control de lotes práctico; • comunicando requisitos comunes de control de lotes; • ofreciendo información de configuración útil; • guiando la integración de la solución del proveedor. El objetivo de alto nivel de la norma S88 es ayudar a los productores de lotes a crear lotes repetibles y homogéneos. La norma proporciona tecnología común para fabricación de lotes, así como directrices sobre cómo recuperarse de alteraciones durante los procesos de lotes.
Control de lotes/pesaje fiable Tener directrices homogéneas en el centro de un proceso de lotes puede ayudar a reducir los costes de producción, incrementar el rendimiento, mejorar la productividad, reducir la pérdida de material y aumentar la utilización de equipos de lotes. La norma S88 separa el equipo físico de la receta. Esto flexibiliza la configuración del sistema y reduce el tiempo de cambio entre recetas, incrementando el rendimiento. La norma también proporciona al operario un interface homogéneo, que ayuda a familiarizarse y utilizar el equipo. La pérdida de material se minimiza porque el operario es guiado cuando añade ingredientes. Un interface de usuario permite añadir cada material dentro de un rango de tolerancia permisible. Idealmente, un controlador de lotes tendrá en cuenta la norma S88 desde un principio para simplificar la implementación del control de lotes. Un terminal de pesaje fiable como el IND780batch también se integrará en la solución.
Material 3 Avance rápido Avance lento
Material 5 Avance rápido Avance lento
Material 2 Avance rápido Avance lento
Material 4 Avance rápido Avance lento
Material 1 Avance rápido Avance lento
Añadido a mano
Mezcladora
Terminal IND780batch
Báscula
Descarga de material A depósito de almacenamiento
Operario
Ejemplo de una instalación de lotes multimaterial con transferencia automática de materiales a 2 velocidades
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Conseguir objetivos automatizados La norma S88 traza un proceso modular flexible que permite al usuario simplificar un proceso de lotes. Una solución integrada independiente soporta esta flexibilidad predefiniendo los equipos del proceso y dejando que el operario seleccione entre varias recetas diferentes, reduciendo el tiempo de cambio entre lotes. También proporciona control central de transferencia de materiales utilizando maquinaria como válvulas de alimentación, compuertas y transportadores de tornillo mientras controla simultáneamente el peso para garantizar un corte objetivo preciso de cada material transferido. Esto puede mejorar espectacularmente el rendimiento de los lotes y reducir el desperdicio de materiales.
Procesos manuales y control de lotes Si el proceso es manual, con un operario que selecciona y añade los ingredientes, normalmente no se asocia ninguna E/S discreta con el control. Este método es muy flexible ya que no hay E/S asociadas y pueden prepararse lotes de diferentes materiales sin condiciones previas.
Adición manual de hasta 999 materiales por receta
En un proceso manual, el operario normalmente gestiona la preparación de lotes. Sin embargo, añadir un sistema de control de lotes para guiar al operario puede eliminar problemas de exceso y defecto de llenado y garantizar que no se añaden ingredientes innecesarios o se pierden los necesarios. Por lo general, el operario utilizará un lector de código de barras para identificar un ingrediente, añadirlo y pasar al siguiente. La validación de materiales avisa al operario cuando se elige un material incorrecto y proporciona una instrucción para escanear el ingrediente correcto para garantizar la homogeneidad del lote. En un enfoque combinado, el operario puede comenzar un lote. A continuación, el resto del proceso funciona sin intervención del usuario a no ser que se necesite añadir ingredientes a mano. Si el proceso incluye transferencias automáticas de materiales, se necesita un controlador de lotes que permita asignar E/S para gestionar la alimentación de material. Normalmente, también hay componentes de equipos auxiliares que necesitan gestión.
El lector de códigos de barras facilita el seguimiento y la trazabilidad
Báscula de sobremesa El terminal IND780batch guía al operario a través de las recetas con instrucciones en pantalla
Ejemplo de instalación de lotes multimaterial con formulación manual
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Gestión de equipos auxiliares El control de equipos auxiliares puede necesitar determinados criterios para funcionar adecuadamente. Por ejemplo, si se necesita una mezcladora, el controlador de lotes puede que deba ser capaz de: • activarla en una etapa específica de la receta; • hacerla funcionar un determinado periodo de tiempo; • activarla cuando se coloque un ingrediente a mano sobre la báscula antes de comenzar la mezcla. No importa el control de lotes utilizado; para una homogeneidad entre lotes se necesita un controlador que realice transferencias de material precisas, cortes objetivos precisos, que minimice el exceso/defecto de alimentación y que gestione el proceso.
Control y trazabilidad/Recopilar datos Otro elemento deseable en un controlador es la capacidad para seguir y trazar fases en el proceso para identificar: • cuándo se fabricó un producto; • qué y cuánto material se utilizó; • qué operario ejecutó un lote determinado.
• determinar por qué un lote está «fuera»; • indicar el ingrediente que causó el problema; • minimizar el número y el alcance de las retiradas; • permitir a los usuarios dirigirse a los proveedores que suministraron el ingrediente. Un procesador de control de lotes independiente debe poder integrar una función de control y trazabilidad y gestionar la creación y almacenamiento de recetas, hacer copias de seguridad de ajustes del terminal y recopilar datos para: • ejecutar una secuencia de creación de recetas definida; • editar ingredientes o cantidades; • redefinir todo el lote. Utilizar una solución de control de lotes independiente y específica con las funciones anteriores puede mejorar mucho la repetibilidad y productividad de lotes controlando los costes. METTLER TOLEDO ofrece esta funcionalidad en controladores de lote independientes y fáciles de integrar.
Esto permite investigar problemas de rendimiento. Los gestores pueden buscar evidencias de cambios de producción. Esto ayuda a identificar de lotes y materias primas y a:
La herramienta de configuración de PC para la aplicación Batch permite crear recetas y configurar el sistema fuera de línea.
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4 Resumen Implementar las capacidades de gestión de control de lotes puede ayudar a conseguir una transferencia avanzada de materiales y objetivos de control de procesos. Utilizar una solución desde el principio que integre pesaje y transferencia de materiales puede proporcionar un importante ahorro de coste y tiempo para productores a pequeña escala que no disponen de recursos para implementar un PLC con su tiempo y experiencia de programación necesarios. Idealmente, cualquier solución: • proporcionará control de lotes específico para la preparación de lotes manual y automática; • contendrá lógica de control en el equipo de medición para E/S más rápida;
• cumplirá la norma S88 sobre lotes para flexibilidad de procesos y mantenimiento de calidad; • aumentará el rendimiento de la transferencia de materiales y mejorará la precisión de alimentación; • proporcionará seguimiento y trazabilidad/recopilación de datos para gestionar riesgos y minimizar desperdicios. La solución independiente adecuada puede ejecutar varios procesos de lotes, mientras elimina la reconfiguración compleja del PLC cuando cambian las necesidades del cliente. El control más estricto resultante puede hacer los productos más homogéneos. Esto puede aumentar la satisfacción y lealtad del cliente al tiempo que aumenta la productividad y mejora el resultado económico final.
5 Recursos adicionales Los siguientes enlaces y documentos pueden proporcionar información sobre soluciones de pesaje industrial y cómo puede un control eficaz de lotes aumentar la calidad, mejorar las tasas de utilización y reducir los costes de producción. • Control de transferencia de materiales de METTER TOLEDO: www.mt.com/qi • Sociedad Americana de Instrumentación: www.isa.org • Applying S88, Batch Control from a User’s perspective; Jim Parshall and Larry Lamb – ISBN #1-55617-703-8 • Batch Control Systems, Design, Application, and Implementation 2nd Edition; William Hawkins and Thomas Fisher – ISBN # 1-55617-967-7 • Control Global: www.controlglobal.com • Functions that need to be considered in for Material Feed (Transfer) Batch Controls; Charlie Fu Ph.D, Technology Leader, Procter & Gamble • Foro mundial sobre lotes: www.wbf.org • Grupo asesor ARC: www.arcweb.com 6
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www.mt.com/ind-food-productivity-guide2 Para más información
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