Nghiên cứu điển hình: Triển khai thiết bị nhũ hóa tự động để nâng cao hiệu quả sản xuất
Giới thiệu
Trong lĩnh vực sản xuất, việc đạt được chất lượng sản phẩm ổn định, tối ưu hóa thời gian sản xuất và giảm chi phí vận hành là những ưu tiên hàng đầu. Đối với một cơ sở sản xuất chuyên về các công thức chất lỏng có độ nhớt cao, những hạn chế của quy trình nhũ hóa thủ công và bán tự động đã trở thành một nút thắt quan trọng. Để tìm giải pháp giải quyết những bất cập, đảm bảo tính đồng nhất và mở rộng sản lượng mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của sản phẩm, cơ sở đã đầu tư vào thiết bị nhũ hóa tự động. Nghiên cứu điển hình này trình bày chi tiết về quy trình triển khai, những thách thức đã vượt qua và những cải tiến có thể đo lường được trong khoảng thời gian 18 tháng.
Bối cảnh: Những thách thức với quy trình nhũ hóa hiện có
Trước khi áp dụng thiết bị nhũ hóa tự động, cơ sở dựa vào sự kết hợp của máy trộn bán tự động và sự can thiệp thủ công để nhũ hóa — một bước quan trọng trong quy trình sản xuất của nó. Cách tiếp cận này đặt ra một số thách thức liên tục:
- Chất lượng sản phẩm không nhất quán: Vận hành thủ công dẫn đến sự thay đổi về tốc độ trộn, kiểm soát nhiệt độ và thời gian nhũ hóa. Những điểm không nhất quán này dẫn đến sự khác biệt giữa các lô về độ nhớt, kết cấu và độ ổn định của sản phẩm, dẫn đến tỷ lệ loại bỏ tăng lên (trung bình 8-10% sản lượng hàng tháng) và phản hồi của khách hàng liên quan đến tính đồng nhất của sản phẩm.
- Thời gian sản xuất không hiệu quả: Quy trình bán tự động đòi hỏi một lượng lớn lao động — hai người vận hành mỗi ca được giao nhiệm vụ theo dõi các thông số trộn, điều chỉnh cài đặt thủ công và đảm bảo quy trình nhũ hóa hoàn thành. Một lô sản phẩm mất trung bình 4,5 giờ để nhũ hóa, giới hạn năng lực của cơ sở ở mức 6-8 lô mỗi ngày.
- Chi phí vận hành cao: Chi phí lao động liên quan đến việc theo dõi thủ công và làm lại (do các lô không nhất quán) chiếm 15% tổng chi phí sản xuất của cơ sở. Ngoài ra, việc sử dụng năng lượng không hiệu quả do thời gian trộn kéo dài và hiệu suất thiết bị kém đã góp phần làm tăng hóa đơn tiện ích.
- Rủi ro về an toàn và công thái học: Việc xử lý thủ công nguyên liệu thô và thường xuyên tương tác với thiết bị trộn đã khiến người vận hành gặp phải các mối nguy hiểm tiềm ẩn, bao gồm bắn các chất ăn mòn và chấn thương căng thẳng lặp đi lặp lại. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn về sức khỏe và an toàn nghề nghiệp đòi hỏi phải có thêm đào tạo và giám sát, làm tăng thêm gánh nặng hành chính.
Lựa chọn và tích hợp thiết bị
Sau khi tiến hành đánh giá toàn diện về công nghệ nhũ hóa, cơ sở đã chọn một hệ thống nhũ hóa tự động hoàn toàn được thiết kế cho các công thức có độ nhớt cao. Các tính năng chính của thiết bị bao gồm:
- Kiểm soát chính xác tốc độ trộn (0-3.000 RPM) và nhiệt độ (±1°C) thông qua bộ điều khiển logic lập trình (PLC)
- Khả năng đồng nhất hóa trong dây chuyền để đảm bảo phân bố kích thước hạt mịn
- Hệ thống cấp và xả nguyên liệu thô tự động
- Giám sát và ghi dữ liệu theo thời gian thực để truy xuất nguồn gốc quy trình
- Chức năng tự làm sạch để giảm thời gian ngừng hoạt động giữa các lô
Quá trình tích hợp bắt đầu bằng việc đánh giá chi tiết tại chỗ để đảm bảo khả năng tương thích với các dây chuyền sản xuất hiện có. Một nhóm đa chức năng (bao gồm quản lý sản xuất, nhân viên bảo trì và người vận hành) đã hợp tác với nhà cung cấp thiết bị để phát triển một kế hoạch triển khai theo từng giai đoạn:
- Chuẩn bị trước khi lắp đặt: Cơ sở đã sửa đổi bố cục sàn sản xuất để phù hợp với thiết bị mới, bao gồm nâng cấp hệ thống điện và hệ thống ống nước để hỗ trợ yêu cầu về điện và xử lý chất lỏng của máy nhũ hóa. Người vận hành và nhân viên bảo trì đã hoàn thành đào tạo về vận hành thiết bị, khắc phục sự cố và các giao thức an toàn.
- Kiểm tra thí điểm: Giai đoạn thí điểm hai tháng đã được tiến hành để xác nhận hiệu suất của thiết bị với các công thức cụ thể của cơ sở. Trong giai đoạn này, nhóm đã điều chỉnh các thông số quy trình (ví dụ: thời gian trộn, ngưỡng nhiệt độ, áp suất đồng nhất hóa) để tối ưu hóa kết quả. Các lô thí điểm đã được kiểm tra về độ nhớt, kích thước hạt và độ ổn định, với các so sánh được thực hiện với các lô được sản xuất bằng hệ thống cũ.
- Triển khai quy mô lớn: Sau khi thử nghiệm thí điểm thành công, máy nhũ hóa tự động đã được tích hợp vào dây chuyền sản xuất chính của cơ sở. Một quá trình chuyển đổi dần dần đã được áp dụng — ban đầu vận hành thiết bị mới cùng với hệ thống bán tự động để đảm bảo tính liên tục của nguồn cung. Trong bốn tuần, cơ sở đã loại bỏ thiết bị cũ khi người vận hành có được kiến thức chuyên môn với hệ thống mới.
Kết quả triển khai và những cải tiến có thể đo lường được
Trong 18 tháng sau khi triển khai đầy đủ, cơ sở đã quan sát thấy những cải thiện đáng kể trên các chỉ số hiệu suất chính, mà không ảnh hưởng đến chất lượng hoặc an toàn của sản phẩm:
1. Chất lượng và tính nhất quán của sản phẩm
- Giảm tỷ lệ loại bỏ: Tỷ lệ loại bỏ lô giảm từ 8-10% xuống 1,2-1,5%, vì khả năng kiểm soát chính xác của hệ thống tự động đã loại bỏ các biến thể trong các thông số nhũ hóa. Phân bố kích thước hạt nhất quán (đo bằng phân tích nhiễu xạ laser) và mức độ nhớt (được theo dõi thông qua cảm biến trong dây chuyền) đảm bảo các đặc tính sản phẩm đồng nhất trên tất cả các lô.
- Tăng cường độ ổn định của sản phẩm: Các thử nghiệm lão hóa tăng tốc được thực hiện trên các lô sau khi triển khai cho thấy sự cải thiện 30% về độ ổn định thời hạn sử dụng, do nhũ hóa kỹ lưỡng hơn và giảm bẫy khí trong quá trình trộn.
2. Hiệu quả và năng lực sản xuất
- Giảm thời gian lô: Thời gian nhũ hóa trung bình trên mỗi lô giảm từ 4,5 giờ xuống 1,8 giờ, giảm 60%. Điều này đạt được thông qua khả năng trộn tốc độ cao của hệ thống, xử lý vật liệu tự động và loại bỏ các sự chậm trễ điều chỉnh thủ công.
- Tăng năng lực hàng ngày: Năng lực sản xuất hàng ngày của cơ sở tăng từ 6-8 lô lên 14-16 lô, cho phép đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng mà không cần mở rộng diện tích sàn hoặc thêm ca sản xuất.
- Giảm thời gian ngừng hoạt động: Chức năng tự làm sạch đã giảm thời gian làm sạch thiết bị từ 45 phút mỗi lô xuống còn 12 phút, tối đa hóa hơn nữa thời gian hoạt động sản xuất.
3. Tiết kiệm chi phí vận hành
- Giảm chi phí lao động: Việc kiểm soát PLC và các quy trình tự động của hệ thống tự động đã loại bỏ sự cần thiết của người vận hành chuyên dụng trong quá trình nhũ hóa. Cơ sở đã phân bổ lại hai vị trí toàn thời gian cho các nhiệm vụ sản xuất khác, dẫn đến giảm 12% chi phí lao động trực tiếp.
- Hiệu quả năng lượng: Thiết kế động cơ tối ưu hóa và bộ truyền động tần số thay đổi (VFD) của thiết bị đã giảm mức tiêu thụ năng lượng 22% so với hệ thống bán tự động. Điều này chuyển thành khoản tiết kiệm hàng năm khoảng 38.000 kWh, tương đương với việc giảm 17% hóa đơn tiện ích hàng tháng.
- Loại bỏ chi phí làm lại: Ít lô bị loại bỏ hơn đã giảm lãng phí vật liệu và chi phí làm lại 85%, với khoản tiết kiệm được phân bổ cho việc mua sắm nguyên liệu thô và tối ưu hóa quy trình.
4. An toàn và tuân thủ
- Giảm tiếp xúc của người vận hành: Việc cấp và xả vật liệu tự động, kết hợp với buồng trộn kín, đã giảm thiểu sự tiếp xúc của người vận hành với nguyên liệu thô và thành phẩm. Các báo cáo sự cố tại nơi làm việc liên quan đến bắn hóa chất hoặc chấn thương công thái học đã giảm xuống bằng không trong giai đoạn 18 tháng.
- Cải thiện khả năng truy xuất nguồn gốc: Ghi dữ liệu theo thời gian thực (bao gồm nhiệt độ, áp suất và thời gian trộn) đã đơn giản hóa việc tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng của ngành. Khả năng lưu trữ dữ liệu quy trình của hệ thống trong tối đa 5 năm đã cho phép kiểm toán và lập tài liệu dễ dàng về quy trình sản xuất.
Giá trị lâu dài và khả năng phục hồi hoạt động
Ngoài những cải tiến về hiệu quả và chi phí trước mắt, thiết bị nhũ hóa tự động đã tăng cường khả năng phục hồi và khả năng thích ứng của cơ sở:
- Tính linh hoạt đối với các thay đổi về công thức: Các thông số có thể lập trình của hệ thống cho phép điều chỉnh nhanh chóng để phù hợp với các công thức sản phẩm mới hoặc sửa đổi các công thức hiện có. Trong giai đoạn nghiên cứu điển hình, cơ sở đã tung ra thành công ba sản phẩm mới bằng cách sử dụng máy nhũ hóa tự động, với thời gian đưa ra thị trường giảm 50% so với các lần ra mắt sản phẩm trước đó.
- Bảo trì và độ tin cậy: Thiết kế chắc chắn và các tính năng bảo trì dự đoán của thiết bị (ví dụ: giám sát hiệu suất động cơ theo thời gian thực, mức bôi trơn) đã giảm thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch xuống dưới 0,5% tổng số giờ sản xuất. Khoảng thời gian bảo trì theo lịch trình đã được kéo dài từ 3 tháng lên 6 tháng, giảm chi phí bảo trì và gián đoạn.
