Встроенная система управления технологическим процессом

Встроенная система управления технологическим процессом

В кондитерской промышленности подобным системам уделяется большое вни­мание. Они были разработаны в химической и нефтяной промышленности на осно­ве определенных физических или химических характеристик — температуры кипе­ния, плотности, вязкости, коэффициента преломления, значения рН, цвета и др. В случае периодических процессов эти параметры измеряют вручную (обычно только для части партий) с помощью лабораторных приборов или их стационарных модификаций, предназначенных для использования на производстве. Для встроен­ного в линию контроля используют приборы непрерывной регистрации, которые подают сигналы на контроллеры, управляющие клапанами, регулирующими давле­ние пара, расход жидкостей или твердых веществ, что позволяет быстро исправлять дефекты, обнаруженные в конечном продукте.

При разработке системы управления технологической линией сначала необхо­димо определить критические точки и для всех точек определить методы контроля. Основной принцип этого лучше всего объяснить на примере разработки непрерыв­ной технологии изготовления батончика из вспененного раствора сахара, много лет изготовляемого по периодической технологии. Процесс несложен — в сильно кипя­щий сироп добавляют двууглекислую соду (бикарбонат натрия), хорошо переме­шивают и массу разливают на столы для охлаждения и созревания. Затем массу раз­резают на батончики. В периодической технологии процесс разбивается на неболь­шие партии — пласты необходимо разрезать, а слишком тонкие пласты направить в брак, чтобы затем его переработать, используя дорогой процесс обесцвечивания и фильтрования.

После большого количества экспериментов была разработана непрерывная тех­нология. Две наиболее важные точки в системе — это точка 1, где регистриру­ется температура кипения сиропа, которая определяет конечную текстуру изделия и влияет на плотность и вид пористой структуры, и точка 2, где контролируется количество бикарбоната натрия, поступающего в смеситель, что влияет на толщину слоя на ленте, степень аэрации, на вкус, запах и цвет готового продукта.

Насос, подающий суспензию с бикарбонатом натрия, должен быть очень точно отрегулирован, так как ее расход очень мал по сравнению с расходом сиропа, и не­большая ошибка в количестве подаваемого сиропа немедленно сказывается на тол­щине и цвете массы на ленте. Этот эффект настолько значителен, что коррекцию легко выполнить вручную по показаниям устройства, измеряющего толщину. Бо­лее надежный метод — автоматическое управление насосом бикарбоната натрия с помощью датчика толщины.

Кроме основных точек контроля, показанных на рисунке, имеются и механиче­ские устройства, контролирующие температуру, ширину и однородность массы на ленте. Охлажденный продукт, поступающий на резальные машины, в связи с этим характеризуется постоянством качества, и проверки требуются редко. В основном они сводятся к определению соотношения Сахаров в исходном сиропе, измерению влажности и плотности.


К последним достижениям в этой области относится управление с помощью компьютера, позволяющее мгновенно отражать на мониторе условия, существую­щие в критических точках.

Контроль готовой продукции

Если правильно ведется контроль качества сырья и технологии производства, проверки готового продукта не нужны, но такое состояние дел на предприятии — это утопия. Вместе с тем, встроенные системы управления позволяют уменьшить объем проверок готовой продукции, а количество случаев ее отбраковки может дос­тичь очень низкого уровня.

Даже на передовых предприятиях с добросовестными работниками дела иногда идут не так, как надо, и для проверки правильности предыдущих технологических операций необходим контроль готовой продукции. Проблема заключается в опре­делении минимального объема контроля, который обходится недешево. Неразумно сначала сократить затраты на производственников, а затем нанять целый штат кон­тролеров. Это не только обходится довольно дорого в финансовом отношении, но и плохо влияет на отношение работников к делу.

В конце кондитерской технологической линии каждую минуту выходят сотни упакованных изделий, и необходимо принять решения, какой именно контроль сле­дует осуществлять. Наиболее важен контроль

   внешнего вида изделия (как продукта, так и упаковки);

   вкуса;

   массы изделий.

Внешний вид

Контролеры на предприятии имеют «контрольный образец» — упаковку вы­пускаемых изделий. Содержимое упаковки в обертке и без нее представлено на под­носах. Контрольный образец должен быть одобрен отделом маркетинга и службой контроля качества.

Пробоотбор и дегустация

Пробы, взятые для контроля массы (см. ниже) оцениваются по внешнему виду и откладываются для последующей дегустации.

Зачастую дегустации выполняются на пробе, взятой из исходной нерасфасованной партии. В резервуаре для хранения шоколада, например, может быть 5 т, из ко­торых получают 90 тыс. батончиков массой около 60 г. В этом случае из шоколада в этом резервуаре формуют батончики, после чего производится ускоренная дегуста­ция изделий. В результате дегустации становится ясным, значительно ли отклоня­
ется шоколад от стандарта, и это позволяет избежать формования и упаковывания продукта, который в конечном счете будет забракован.

Контролеры, отвечающие за проверку массы и внешнего вида изделий, могут также выполнять периодические дегустации, но при этом они не принимают реше­ния об отбраковке, а лишь предупреждают о возможных нарушениях.

Контроль массы[1]

Производство изделий с избыточной массой, естественно, сказывается на при­были, а изготовление большого количества продуктов с массой ниже номинальной является обманом потребителей и нарушением закона. Отсюда следует необходи­мость организации системы контроля массы изделий. Некоторые предприятия ис­пользуют карты типа «меньше-больше» с нулевой линией, представляющей собой номинальную (правильную) массу. Целые числа на карте, обозначающие граммы, зависят от вида продукта. По карте распределения масс контролер может быстро со­ставить представление о том, как распределены массы изделий — если наблюдается сдвиг в сторону верхнего контрольного предела, операторы выполняют соответст­вующие регулировки в сторону уменьшения массы, а когда наблюдается сдвиг в сторону нижнего контрольного предела, то выполняется регулировка в сторону увеличения.

Кривая распределения позволяет определить среднюю массу, закладываемую в себестоимость. Кроме того, она показывает характеристики установки и указывает на точки, где необходим усиленный контроль. Такая кривая позволяет оператору определить момент, когда ситуация «выходит из-под контроля» и для исправления необходимо внести коррективы в настройку. Для получения кривой распределе­ния, а на ее основе поверочной карты, необходим соответствующий пробоотбор. Если в результате анализа проб не получена колоколообразная кривая (нормаль­ный закон распределения), то значит, процесс вышел из-под контроля. При получе­нии колоколообразной кривой нижняя линия, соответствующая среднеквадратическому отклонению, — это нижний контрольный предел, а верхняя линия — верхний предел (сг). Метод, используемый для подготовки поверочных карт и карт распреде­ления, описан ниже.

 Массу кондитерских батончиков в течение некоторого времени (обычно 8-часовой смены) заносят в таблицу согласно поверочной карте. Затем находят сумму по каждой колонке и по каждой горизонтальной строке ( например, один батончик ве­сом 0,82 унции, четыре — по 0,81 унции, 23 — по 0,75 унции и т. д.; на рис. 23.2 отражено только 4 ч). На основе полученных таким образом данных строится график распреде­ления (рис. 23.3). Частота / — это количество различных значений при взвешивании. Так как было сделано предположение, что 0,75 унции — это среднее значение массы, то за две восьмичасовые смены этой группе была присвоено название нулевой (0). Массы более 0,75 унции отмечаются положительными числами (+), например, 1, 2, 3 и т. д., а массы менее 0,75 унции обозначают отрицательными числами (-) — например, -1, -2, -3 и т. д. Такие обозначения помогают упростить

Стандартное отклонение (ст) — наиболее важная мера дисперсии масс. Оно опре­деляет, насколько велики отклонения во взятых образцах — чем больше значение стандартного отклонения, тем меньше сгруппированы образцы. Что имеется в виду, когда говорят, что стандартное отклонение у батончиков составило 3,04? Это означа­ет, что батончики различались по массе — у некоторых она была выше, а у некоторых ниже среднего значения. Среднеквадратичное (стандартное) отклонение равно квад­ратному корню из дисперсии. Когда полученное распределение масс дает возмож­ность построить нормальную колоколообразную кривую, стандартное отклонение увязано со средним. Между с -1 и +1 (72,3 и 78,4) должны попадать 68,3% батончи­ков, между а -2 и +2 (69,3 и 81,4) должны попадать 95,3% батончиков, а между ст -3 и +3 (66,3 и 84,5) — 99,7% батончиков. Поверочную (контрольную) карту нельзя соз­дать до тех пор, пока не будут определены верхний и нижний контрольные пределы (доверительные интервалы) и средняя масса. Такая карта должна быть основана на кривой распределения и на данных, полученных на ее основе. Для верхнего кон­трольного предела мы должны иметь отметку ст 3 или три стандартных отклонения 84,5 со средней массой 75,4 и нижним контрольным пределом 66,3, на три стандарт­ных отклонения ниже среднего. Таким образом, одно изделие весом 0,85 унций и два других (одно в 0,66 унции и одно в 0,65 унции) — это брак, выходящий за доверитель­ные интервалы, что составляет 0,48%. Реальные массы кондитерских батончиков, из­меренные за две восьмичасовые смены, показаны в следующем примере.

Эти массы сведены в группы, после чего были выполнены расчеты (табл. 23.1).

Таблица 23.1. Массы кондитерских батончиков

G

d

f

fd

fd2

85

10

1

10

100

84

9

0

0

0

83

8

9

72

576

82

7

4

28

196

81

6

8

48

288

80

5

28

140

700

79

4

30

120

480

78

3

86

258

774

77

2

54

108

216

76

1

68

68

68

75

0

90

0

0

74

-1

77

-77

77

73

-2

79

-158

316

72

-3

27

-81

243

71

-4

29

-116

464

70

-5

11

-55

275

69

-6

4

-24

144

68

-7

9

-63

441

67

-8

4

-32

256

66

-9

1

-9

81

65

-10

1

-10

100

Всего

 

620

227

5795

G — группа (масса с точностью до 0,01 унции); d

отклонение класса; f —

частота


Предполагается, что средняя масса равна 75; 227, деленное на 620, равно 0,366. Эта величина прибавляется к предполагаемому среднему для получения истинного среднего 75,366.

После этого можно построить контрольную карту для использования на произ­водстве.

В производстве контрольные измерения массы выполняются каждые 15 мин. После 60 мин измерений наблюдается явный крен в сторону понижения массы, требующий корректирующих действий. На основе подобных контрольных карт могут быть приняты решения, касающиеся допустимого отклонения (как с юридической точки зрения, так и с точки зрения затрат).



[1] Раздел, посвященный контролю массы, основан на презентации по контролю качества в Университете штата Висконсин в рамках курса Национальной кондитерской ассоциации (NCA), сделанной покойным Уэсли Чайлдсом (Wesley Childs), работавшем в компании Curtis Candy. — Примеч. авт.

Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Оставить комментарий

Календарь

« Декабрь 2016 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31  

Рекомендуемые материалы