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【行业洞察】数字化记录为食品和饮料制造商带来效益的七种方式

  2019年05月07日  

  数据的记录和呈报对于满足食品和饮料工艺的关键安全参数非常重要,同时还能提供效率方面的益处。从基于纸张和人工的记录系统过渡到数字化记录,可以节省时间和金钱成本,满足监管合规要求,并确保数据完整性。

  简介:

  食品和饮料制造商必须严格遵守多种关于工艺安全的当地和国际的法规和标准。近年来,消费品召回的案例不断增加,表明了准确、及时地记录和呈报工艺数据,对于快速解决问题非常重要。制造商是否能提供可信的数据,将会影响公司的声誉,并最终影响盈利能力。

  确保消费品的安全与优质是目前的第一要务。由于食品加工行业对时间和温度非常敏感,因此准确记录加工过程的每个步骤至关重要,尤其是在出现问题时,能回看记录去追根溯源。

  然而,许多制造商仍然依靠纸质记录来跟踪与大量食品和饮料工艺和设备相关的数据流。

  从人工记录系统过渡到自动化、数字化的方式,可以节省时间和金钱成本,满足监管合规要求,并确保数据的完整性。

  本文概述了数字化记录为制造商带来效益的七种方式,并为自动化解决方案的评估标准提供建议。

  1、获取数据

  记录数据可实现节能

  新的法律法规(例如英国的节能机会计划 ESOS)正在推动大型食品和饮料厂商回顾并申报能源使用情况。然而,制造商很难确定每个工艺所消耗的能源。根据ESOS计划,未采用ISO 50001能源审计的大型公司需要检讨所有大量使用能源的领域,?#21592;?#25253;告其能源绩效并确定潜在的能效节约机遇。这些能源评估必须在 12 个月连续数据的基础上进行,并且?#20811;?#24180;重复一次,以展示改进情况(见图1)。

  (图1)收集并分析每项工艺的数据,让我们能够充分了解一座工厂的能耗情况。

  在较老的工厂中,所有生产线仍然使用电力公司提供的电表,往往无法确定单条生产线和工艺的能源使用情况。即使已经在合适的地方部署了现代化电能表和传感器,制造商也需要收集、记录和计算数据的方法,?#21592;?#36827;行分析和报告。

  大多数现代化电能表内置?#22411;?#20449;渠道,可以将数据发送到记录器进行分析和报告。探头和传感器的数据也可以进行记录,只要把探头和传感器输出的信号输入到数据记录器中即可。全功能数字化记录器具有先进的数学运算功能,可以对数据进行计算。产生的信号也可?#21592;?#35760;录下来,为负责实现节能目标并向管理层报告的工程师提供有价值的参考信息。

  2、对工艺进行基准比较

  通过基准比较更好地实现预测性维护

  用于食品和饮料生产的设备,往往面对比较恶劣的条件,特别是在连续生产过程中。热电耦、电机和?#39038;?#26426;等设备会随着时间的推移而损耗,并且可能影响其作用。我们很难知道部件?#38382;?#20250;因损耗而不堪使用,进而导致流程出现问题。

  在当今的制造业中,整体设备效率(OEE)和设备完全?#34892;?#29983;产率(TEEP)在关键绩效指标(KPI)中所占的地位越来越重要。OEE对设备或生产线在规划运行时间内的性能相对于其最佳效能进行量化。最终结果与最高可能运行时间进行比较以计算得到TEEP。

  计算基于负载、可用性、性能和质量等数值,最终结果精?#26041;?#31034;效能存在问题的地方,如计划外维护引起的停机和产品质量问题(见图2)。

  (图二)对食品和饮料生产流程进行记录,为基于时间的比较提供了基准数据。

  记录食品和饮料生产流程的益处,在于可利用这些数据,对产出的各方面数据随着时间推移的变化进行基准比较。例如,可以记录生产一个批次所用的能源,然后每隔一个月进行比较。如果能耗出现上升,可能意味着流程中出现了问题,可以提前开展调查,从而可?#21592;?#20813;出现彻底?#25910;?#30340;情况。此外,可视化数据可以帮助运维人员及时注意到部件出现?#25910;?#30340;征兆,例如?#39038;?#26426;?#25910;?#26102;特有的波形信号。利用计算功能,可以将记录产品配置为在出现这种信号模式时触发警报,向维护团队发送通知以防止意外停机的情况发生。

  能够将记录中的基准工艺数据与当前工艺数据进行比较,正在成为制造行业的一项宝贵优势,能够提高效率,并通过改善OEE和TEEP提高盈利能力。

  3、保护数据安全

  安全数据是什么?

  部分食品安全标准和规范要求记录系统必须能够确认所记录的数据有没有被篡改或擦除。很多 SCADA、PLC 中的数据记录系统还有基础数据记录器都会以 CSV 文件的形式保存数据。尽管这种格式可以将数据轻松地导入到电子表格中,但它并没有?#26469;?#25913;功能,无法标明数据是否遭到篡改。因此,这种格式并不?#35270;?#20110;需要保?#32440;?#39640;数据完整性的场合,例如需要接受第三方审计和遵守政府标准的工艺。

  而另一个潜在问题则是数据的采集方式。部分 SCADA 软件方案所记录的数据来源为通信线路,而不是直接从记录产品内部获取。?#28909;?#36890;信中断,则意味着数据也将丢失,因此这种系统不适合某些应用场合。

  在选择记录方法的时候,其中一项要求是生成不可编辑的文件格式。市面上有一些数据记录器和高精度PLC可将数据保存在带二进制校验功能的文件中,从而提供?#26469;?#25913;功能,并且只能使用特定软件查看。这种解决方案明显优于使用CSV文件,后者非常容易编辑,因此并不安全。这种解决方案的另外一个益处是文件可以?#39038;酰?#25152;以在转存到其他媒介之前,它可以将更多的数据存储在内部。数据应该能够同时在测量点进行记录,即记录在产品本身,从而解决数据传输过程?#22411;?#20449;暂时中断的问题。具有自我修?#24202;?#30053;的产品,可通过存储和重发功能,自动补足因通信中断而导致的数据丢失,相比以人工方式传输丢失数据可节省大量时间。

  功能齐全的数据记录产品具有安全管理选项,?#21830;?#20379;满足审计跟踪的?#26469;?#25913;功能,并记录用户名、密码和访问许可。操作员的所有活动都记录在安全数据库中。变更的权限可以通过支持FDA 21 CFR第11部分和21 CFR第113部分等规定的电子签名来实现。例如,操作员可以通过电子签名的方式获得变更参数的权限,或者通过向质量工程师申请二级授权的方式进行。变更情况应进行记录,以供质量管理和审计人员在必要的情况下查阅。能够追溯生产过程中“谁做了什?#30784;?#30340;能力在许多场合下非常有用,有助于保持遵守良好生产作业(GMP)和危害分析和关键控制点(HACCP)规范。

  4、保持合规性

  遵守地方性和国际标准的规定

  在GMP和HACCP规范中,储存乳制品和肉制品等易腐物品的一个重要步骤是测量和记录温度。对于向美国出口产品并需要遵守21 CFR第11部分和21 CFR第113部分等标准的公司来说,证明相关产品在整个储存、加工和制造过程中都保持在规定的关键温?#30830;?#22260;内至关重要。基本型数据记录仪器不具备所需的高精度测量能力,也不具备符合此类标准的安全数据存储和传输策略。

  目光长远的?#20998;?#39135;品制造商正转向有助于遵守21 CFR第11部分和21 CFR 第113部分的记录产品,从而保证其加工和制造过程能够?#35270;?#26410;来,并具有充足的灵活性。这有助于实现差异化,在项目竞标中胜出。例如,一家?#20998;?#32905;类罐头生产商最近被选中在国际空间站为宇航员提供食品,其依据是符合FDA和USDA标准。该公司在现代数字化控制和记录设备上进行投资,它们具有高精度I/O和工业环境中的噪声过滤能力,能够精确测量记录的信号。

  安全的?#26469;?#25913;数据以带二进制校验文件的格式存储,质量工程师和审计人员可以很容易地审阅这些文件。此外,操作员和工程人员的一?#34892;?#20026;都按照根据FDA标准通过密码授权记录在审计跟踪中。这些特点使这类产品成为理想的解决方案,能够证明在合适时间内均符合关键参数,确保肉类和乳制品在符合GM 和HACCP规范的条件下安全加工。

  5、实现数字化

  从纸张转移至数字化记录器

  对于仍在使用纸质记录的制造商来说,由于更换图表和笔所导致的成本和维护,以及纸质图表缺乏安全的数据存储能力,可能会不断面临各种问题.如果在批量生产期间笔或?#25509;?#23436;,丢失的数据可能会导致质量工程师在评估不合格工艺时浪费时间,并可能导致产品报废。

  功能齐全、安全的数字化记录器可将数据以?#26469;?#25913;文件格式存储在产品内,可以通过网络安全地传输到可移动媒体(U盘等)或服务器上。然后,这些数据可以轻松地检索以执行质量检查、报告和审?#39057;齲?#19981;会像纸质图表那样,在处理过程中出现错误、丢失或用完等情况(参见图3)。

  (图三)数字化记录方案可用?#26469;?#25913;的文件格式存储数据

  使用安全数字化记录器提供多项优势:

  ● 制造商可节省开支,因为不再需要采购、储存并小心处理纸?#23454;?#28040;耗品。

  ● 由于无需定期更换纸笔,可缩短维护时间,此外由于机械零件的减少,记录产品更为可靠。

  ● 数据以数字格式存储,方便使用PC、平板电脑或智能手机查看。

  对于传统上使用纸?#35797;?#24418;图表记录器的公司来说,更换成数字化记录器并不是问题,因为某些型号的数字化记录器提供圆形图表选项。这种数字化记录器的另一个优势是能够以多种不同形式显示图表,包括水平、垂直、条形、数字或圆形。

  6、批次分析

  批次记录的优势

  能够记录在批次生产过程中发生的事情是一个强大的优势,特别是当出现问题的时候。质量工程师需要签发某个批次之前评估相关数据,这是一项十分费时的任务,尤其是在仍使用纸质记录的旧式工厂中。

  功能齐全的数字记录器产品具?#20449;?#27425;功能,?#24066;?#25805;作员通过屏幕上的启动和停止按钮或通过外部输入(如条形码扫描)来记录单个批次(见图4)。然后,质量工程师可以很容易地将通过PC 检索该批次中的数据,?#21592;?#36827;行评?#39304;?#29992;于查看安全文件的软件可直接跳转到出现问题的区域,通过历史数据展示所有消息,无论是由告警触发还是由操作员手动输入。查看软件还可以使用数字签名对批次进行签发。对批次记录和签名进行数字化的主要优势,在于可以节省质量人员的时间,并为他们提供所有必要数据,?#21592;?#32534;制报告并实现标准的合规性。

  (图四)对批次记录和签名进行数字化的主要优势,在于为质量人员提供所有必要数据,?#21592;?#32534;制报告并实现标准的合规性。

  简化报告

  收集数据并创建报告

  所有的食品和饮料制造商均需要提供报告,以证明符合工艺参数,说明能源使用情况,并展示KPI结果。我们还是可以经常看到一些人员通过人工的方式从各种来源提取数据来编制报告文件。这可能需要用扫描或影印的方式将数据和图像(如纸质图表)制作成数字格式,手动整理和计算数据,以及将信息剪切/?#31243;?#21040;文档中。如果采用这种工作方式,每个月往往都要浪费好几天的时间。

  大多数报告?#38469;?#38656;要定期提供,而针对性解决方案是为工业自动化用途设计的报告编制软件包。其中包含可自定义的报告模板以及用于从各种常见设备和文件源中提取数据的工具。报告套件通过网络将数据整理到对应模板中,将其保存为安全的 PDF 格式,并将其发送给相应的个人。即使采用人工创建报告的模式,以数字化的方式提取来源数据可以让人员节省日常报告流程的时间。当然,报告数据最高效的方式还是使用专门的报告编制软件包。

  结论:

  确保食品和饮料对于消费者的安全性,是制造商的一项首要任务。收集并记录工艺数据?#21592;?#21046;强制性报告是一项日常任务,也是保持监管合规的重要?#26041;冢?#20294;如果没有现代的数字化记录解决方案,很难准?#38750;?#21450;时地完成这项任务。

  虽然目前使用纸张并手动填入数据的系统更为常见,但许多制造商如今已经转向数字化的记录解决方案,以节省时间、成本和能源。

  对于需要评估和挑选数字记录解决方案的制造商,应予考虑的功能和优势见下表。

  将人工记录系统转化为自动化、数字化作业有助于确保数据的完整性。

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