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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:•Partirdemateriasentrantes•Someterlasaunaserieordenadadeactividadesdeprocesamiento•Crearunnuevoproductosaliente
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
Un sistema de pesaje fiable y preciso que mide ingre-dientes 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 aso-ciados con la programación PLC.
Este documento explica las ventajas del control de lo-tes independiente y las formas en que ayuda a: •conseguirresultadoshomogéneos;•aumentarlaeficiencia;•reducirloscostes.
Finalmente,losresultadoshomogéneosaumentanlasatisfacción del cliente y facilitan el cumplimiento de las normas de procesamiento o certificación de pro-ducto. La solución correcta aumentará la transparencia del proceso y simultáneamente mejorará el balance de la empresa.
2 METTLER TOLEDO – WhitePaper–Preparacióndelotes
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Un ejemplo de control de lotes que puede identificar muchagenteeselhorneadodepan.Lasmateriasprimas de las recetas se organizan y luego combinan deunamaneraordenada.Herramientascomocucha-ras 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 entornodefabricación.Ahoraimaginecientosoin-clusomilesdebarrasdepansiendohorneadastodoslosdías.Puedehabervariacionesinclusoenlaformay sabor.
El escenario de control de lotes cambia significativa-mente. Una solución de control de lotes para gestionar lahomogeneidadentrelotesesfundamentalparagarantizar 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:•aumentarelrendimiento;•reducirlosdesperdiciosdemateriasprimas;•eliminarvariacionesdeproductosfinales;•maximizarlaeficienciatotal.
1 Necesidad de un control de lotes específico
Elegir el sistema de control de lotes adecuado para un proceso determinado puede ser una ardua tarea: ¿Cómo puede determinarse que el sistema seleccio-nado mejorará la eficiencia de producción, eliminará pérdidasdemateriasprimasymejorarálahomoge-neidad 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 aplica-ciones de preparación de lotes y puede ayudar al in-geniero 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.
La Sociedad Americana de Instrumentación (ISA) S88 Control de Lotes (Parte 1-4) proporciona una norma deloteshomogéneosquepuedeayudaragestionarla 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 modularqueproporcioneunaaplicaciónhomogéneadel 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 sehaseguidounmétodohomogéneo,enespecial,eninstalaciones con varias plantas.
Por otro lado, una solución de control de lotes es-pecífica 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 enmarchaypermitealclientecentrarseensusáreasde especialización: su exclusiva y apetecible receta.
2 Seleccióndeunsistemadecontroldelotes
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Ejemplo de una instalación de lotes multimaterial con transferencia automática de materiales a 2 velocidades
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:•definiendounmodelodecontroldelotespráctico;•comunicandorequisitoscomunesdecontroldelotes;•ofreciendoinformacióndeconfiguraciónútil;•guiandolaintegracióndelasolucióndelproveedor.
El objetivo de alto nivel de la norma S88 es ayudar a losproductoresdelotesacrearlotesrepetiblesyho-mogéneos. La norma proporciona tecnología común para fabricación de lotes, así como directrices sobre cómo recuperarse de alteraciones durante los proce-sos de lotes.
Control de lotes/pesaje fiable
Tenerdirectriceshomogéneasenelcentrodeunpro-ceso de lotes puede ayudar a reducir los costes de producción, incrementar el rendimiento, mejorar la productividad, reducir la pérdida de material y aumen-tar 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,queayudaafamiliarizarseyutilizarelequipo. La pérdida de material se minimiza porque el operario es guiado cuando añade ingredientes. Un in-terface 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 pesajefiablecomoelIND780batchtambiénseinte-grará en la solución.
3 Implementación de un control de lotes específico
Material 3
Material 2
Material 1
Avance rápidoAvance lento
Avance rápidoAvance lento
Avance rápidoAvance lento
Avance rápidoAvance lento
Avance rápidoAvance lento
Material 5
Material 4
Añadido a mano
Operario
Terminal IND780batch
Mezcladora
Báscula
Descarga de material
A depósito de almacenamiento
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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 flexibi-lidad predefiniendo los equipos del proceso y dejando que el operario seleccione entre varias recetas dife-rentes, 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 tor-nillo 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 se-lecciona y añade los ingredientes, normalmente no se asocia ninguna E/S discreta con el control. Este métodoesmuyflexibleyaquenohayE/Sasociadasy pueden prepararse lotes de diferentes materiales sin condiciones previas.
En un proceso manual, el operario normalmente ges-tiona 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 lle-nado 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 ingre-dientecorrectoparagarantizarlahomogeneidaddellote.
En un enfoque combinado, el operario puede co-menzar 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,tambiénhaycomponentesdeequipos auxiliares que necesitan gestión.
El lector de códigos de barras facilita el seguimiento
y la trazabilidad
El terminal IND780batch
guía al operario a través de las recetas
con instrucciones en pantalla
Adición manualdehasta999materiales
por receta
Báscula de sobremesa
Ejemplo de instalación de lotes multimaterial con formulación manual
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LaherramientadeconfiguracióndePCparala
aplicaciónBatchpermitecrearrecetasyconfigurar
el sistema fuera de línea.
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:•activarlaenunaetapaespecíficadelareceta;•hacerlafuncionarundeterminadoperiododetiempo;•activarlacuandosecoloqueuningredienteamano
sobre la báscula antes de comenzar la mezcla.
Noimportaelcontroldelotesutilizado;paraunahomogeneidadentrelotessenecesitauncontroladorque 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 ca-pacidad para seguir y trazar fases en el proceso para identificar:•cuándosefabricóunproducto;•quéycuántomaterialseutilizó;•quéoperarioejecutóunlotedeterminado.
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:
•determinarporquéunloteestá«fuera»;•indicarelingredientequecausóelproblema;•minimizarelnúmeroyelalcancedelasretiradas;•permitiralosusuariosdirigirsealosproveedores
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, hacercopiasdeseguridaddeajustesdelterminalyrecopilar datos para: •ejecutarunasecuenciadecreaciónderecetasdefi-nida;
•editaringredientesocantidades;•redefinirtodoellote.
Utilizar una solución de control de lotes indepen-diente y específica con las funciones anteriores puedemejorarmucholarepetibilidadyproductividadde lotes controlando los costes. METTLER TOLEDO ofrece esta funcionalidad en controladores de lote independientes y fáciles de integrar.
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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 proporcionarunimportanteahorrodecosteytiempopara productores a pequeña escala que no disponen de recursos para implementar un PLC con su tiempo y experiencia de programación necesarios.
Idealmente, cualquier solución:•proporcionarácontroldelotesespecíficoparalapreparacióndelotesmanualyautomática;
•contendrálógicadecontrolenelequipodemedi-ciónparaE/Smásrápida;
•cumplirálanormaS88sobrelotesparaflexibilidaddeprocesosymantenimientodecalidad;
•aumentaráelrendimientodelatransferenciade materialesymejorarálaprecisióndealimentación;
•proporcionaráseguimientoytrazabilidad/recopila-ción de datos para gestionar riesgos y minimizar desperdicios.
La solución independiente adecuada puede ejecutar varios procesos de lotes, mientras elimina la reconfi-guración compleja del PLC cuando cambian las necesidades del cliente. El control más estricto resul-tantepuedehacerlosproductosmáshomogéneos.Esto puede aumentar la satisfacción y lealtad del cliente al tiempo que aumenta la productividad y mejora el resultado económico final.
4 Resumen
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.
•ControldetransferenciadematerialesdeMETTERTOLEDO: www.mt.com/qi
•SociedadAmericanadeInstrumentación: www.isa.org
•ApplyingS88,BatchControlfromaUser’sperspective; JimParshallandLarryLamb– ISBN #1-55617-703-8
•BatchControlSystems,Design,Application,andImplementation2ndEdition; WilliamHawkinsandThomasFisher– ISBN#1-55617-967-7
•ControlGlobal: www.controlglobal.com
•FunctionsthatneedtobeconsideredinforMaterialFeed(Transfer)BatchControls; CharlieFuPh.D,TechnologyLeader,Procter&Gamble
•Foromundialsobrelotes: www.wbf.org
•GrupoasesorARC: www.arcweb.com
5 Recursos adicionales
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Para más informaciónwww.mt.com/ind-food-productivity-guide2
España Mettler- Toledo S.A.E.MiguelHernández69–7108908L’HospitaletdeLlobregat(Barcelona)Tel. [email protected]
MéxicoMettler Toledo S.A. de C.V.Ejército Nacional No.340 Col.ChapultepecMorales 11570 México D.F. Tel. (55) 5547 5700Fax (55) 5547 2128
Mettler- Toledo AGSales InternationalCH-8606 GreifenseeSuizaTel. +41449442211Fax+41449443060
Sujeto a cambios técnicos© 08/2011 Mettler-Toledo AGMarCom Industrial
