Nâng cao hiệu quả sản xuất: Nghiên cứu điển hình về thiết bị nhũ hóa tự động
2025-11-19
Chuyển đổi hiệu quả sản xuất: Nghiên cứu điển hình về Thiết bị nhũ hóa tự động
1. Bối cảnh dự án
Trong một lĩnh vực mà sự pha trộn chính xác và chất lượng sản phẩm ổn định là yếu tố then chốt để đáp ứng nhu cầu thị trường, một cơ sở sản xuất chuyên về các công thức chất lỏng có độ nhớt cao đã phải đối mặt với những thách thức ngày càng tăng. Trong nhiều năm, cơ sở này dựa vào các hệ thống nhũ hóa bán tự động, đòi hỏi sự can thiệp thủ công liên tục—từ việc điều chỉnh tốc độ trộn đến theo dõi mức nhiệt độ và nạp nguyên liệu thô. Sự phụ thuộc thủ công này không chỉ dẫn đến chất lượng sản phẩm không nhất quán (với sự thay đổi giữa các lô về kết cấu và độ ổn định) mà còn hạn chế năng lực sản xuất. Khi đơn đặt hàng của khách hàng tăng 35% trong khoảng thời gian 12 tháng, thiết lập hiện có đã phải vật lộn để đáp ứng, dẫn đến thời gian giao hàng kéo dài và đôi khi chậm trễ trong việc hoàn thành đơn hàng.
Các yêu cầu cốt lõi của cơ sở là rõ ràng: nó cần một giải pháp có thể giảm thiểu lỗi của con người, tăng cường tính nhất quán trong sản xuất và mở rộng sản lượng mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của sản phẩm. Ngoài ra, giải pháp phải tích hợp với dây chuyền sản xuất hiện có của cơ sở (bao gồm các bồn chứa nguyên liệu và các đơn vị đóng gói) để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động trong quá trình chuyển đổi. Hiệu quả năng lượng là một yếu tố quan trọng khác, vì các hệ thống bán tự động tiêu thụ quá nhiều điện do chu kỳ hoạt động không đều. Nhóm nghiên cứu đã bắt đầu nghiên cứu thiết bị nhũ hóa tự động như một câu trả lời tiềm năng, tập trung vào các hệ thống có thể tự động hóa các quy trình quan trọng đồng thời cung cấp sự linh hoạt để thích ứng với các công thức sản phẩm khác nhau.
2. Giới thiệu Máy nhũ hóa tự động
Máy nhũ hóa tự động được chọn cho dự án được thiết kế để giải quyết các điểm yếu của cơ sở thông qua sự kết hợp giữa tự động hóa tiên tiến, kỹ thuật chính xác và công nghệ thích ứng. Về cốt lõi, máy hoạt động theo nguyên tắc trộn cắt cao, sử dụng rôto quay và stato cố định để tạo ra các lực cắt cơ học mạnh—phân hủy các hạt và đảm bảo sự phân tán đồng đều của các thành phần trong ma trận chất lỏng. Tuy nhiên, điều làm nên sự khác biệt của hệ thống này là hệ thống điều khiển tự động hoàn toàn và các tính năng thông minh tích hợp.
Các thông số kỹ thuật chính bao gồm:
Điều khiển quy trình tự động: Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) với giao diện màn hình cảm ứng cho phép người vận hành đặt trước các thông số (tốc độ trộn, nhiệt độ, áp suất và thời gian trộn) cho các công thức sản phẩm khác nhau. Sau khi khởi động, máy sẽ tự động điều chỉnh các thông số này trong thời gian thực, loại bỏ nhu cầu điều chỉnh thủ công. Ví dụ: nếu hệ thống phát hiện nhiệt độ tăng đột biến vượt quá ngưỡng đặt trước, nó sẽ tự động giảm tốc độ trộn và kích hoạt hệ thống làm mát để duy trì sự ổn định.
Xử lý vật liệu tích hợp: Máy có các van đầu vào tự động được kết nối với các bồn chứa nguyên liệu thô của cơ sở. Sử dụng cảm biến trọng lượng, nó có thể đo lường và phân phối chính xác lượng nguyên liệu cần thiết (với độ chính xác ±0,5%)—một cải tiến đáng kể so với việc rót thủ công của hệ thống bán tự động, thường dẫn đến việc định lượng quá mức hoặc dưới mức.
Giám sát và ghi dữ liệu theo thời gian thực: Các cảm biến nhúng theo dõi các chỉ số quan trọng (nhiệt độ, áp suất, tốc độ cắt và thời gian lô) trong suốt chu kỳ sản xuất. Dữ liệu được ghi lại tự động và lưu trữ trong một nền tảng dựa trên đám mây, cho phép nhóm của cơ sở xem xét hồ sơ lô, xác định xu hướng và khắc phục sự cố từ xa.
Thiết kế tiết kiệm năng lượng: Ổ đĩa tần số thay đổi (VFD) của máy điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên lực cắt cần thiết, giảm mức tiêu thụ năng lượng bằng cách khớp công suất đầu ra với nhu cầu thực tế. Không giống như các hệ thống bán tự động, chạy ở tốc độ tối đa liên tục, mô hình tự động chỉ sử dụng năng lượng cần thiết cho từng giai đoạn của quá trình trộn.
Tính linh hoạt cho nhiều công thức: Với hơn 50 khe công thức được lập trình sẵn, máy có thể chuyển đổi giữa các loại sản phẩm khác nhau (ví dụ: kem đặc, kem dưỡng da và lớp phủ công nghiệp) trong vòng chưa đầy 10 phút—nhanh hơn nhiều so với thời gian chuyển đổi 45 phút của hệ thống cũ.
Các tính năng này cùng nhau đáp ứng nhu cầu của cơ sở: tự động hóa làm giảm lỗi của con người, kỹ thuật chính xác cải thiện tính nhất quán của sản phẩm và thiết kế tiết kiệm năng lượng làm giảm chi phí vận hành.
3. Lắp đặt và điều chỉnh ban đầu
Quá trình lắp đặt bắt đầu bằng việc đánh giá chi tiết tại chỗ của nhóm kỹ thuật của nhà cung cấp thiết bị, những người đã cộng tác với các kỹ sư của cơ sở để lập bản đồ dây chuyền sản xuất hiện có và xác định vị trí đặt máy nhũ hóa tự động tối ưu. Mục tiêu là giảm thiểu sự gián đoạn cho các hoạt động đang diễn ra, vì vậy việc lắp đặt được lên lịch trong thời gian ngừng hoạt động vào cuối tuần—giảm thời gian ngừng hoạt động xuống chỉ còn 48 giờ.
Vào ngày đầu tiên, nhóm đã tháo dỡ hệ thống bán tự động cũ và chuẩn bị nền móng cho máy mới, đảm bảo căn chỉnh với các đường ống truyền vật liệu và kết nối điện hiện có. Máy nhũ hóa tự động sau đó được định vị, cố định và kết nối với nguồn điện, hệ thống làm mát bằng nước và các bồn chứa nguyên liệu thô của cơ sở. Đặc biệt chú ý đến việc hiệu chuẩn các cảm biến trọng lượng và van đầu vào để đảm bảo phân phối vật liệu chính xác, vì điều này rất quan trọng đối với tính nhất quán của sản phẩm.
Giai đoạn điều chỉnh ban đầu bắt đầu vào thứ Hai sau đó, tập trung vào ba bước chính:
Lập trình công thức: Nhóm sản xuất của cơ sở đã làm việc với các kỹ thuật viên của nhà cung cấp để nhập 12 công thức sản phẩm phổ biến nhất của họ vào PLC. Đối với mỗi công thức, các thông số như tốc độ trộn (từ 1.500 đến 3.000 RPM), dải nhiệt độ (35°C đến 65°C) và thời gian trộn (20 đến 45 phút) đã được lập trình và thử nghiệm.
Chạy thử nghiệm: Máy được chạy mà không có nguyên liệu thô để xác minh rằng tất cả các chức năng tự động—bao gồm vận hành van, điều chỉnh tốc độ và kiểm soát nhiệt độ—hoạt động như dự định. Trong giai đoạn này, nhóm đã xác định một vấn đề nhỏ với thời gian phản hồi của hệ thống làm mát, vấn đề này đã được giải quyết bằng cách điều chỉnh cài đặt ngưỡng nhiệt độ của PLC.
Sản xuất lô thí điểm: Ba lô quy mô nhỏ (50 lít mỗi lô) của sản phẩm bán chạy nhất của cơ sở đã được sản xuất để kiểm tra hiệu suất của máy trong một tình huống thực tế. Các mẫu từ mỗi lô đã được gửi đến phòng kiểm soát chất lượng (QC) để phân tích, nơi chúng được đánh giá về kết cấu, phân bố kích thước hạt và độ ổn định. Kết quả cho thấy không có sự thay đổi giữa các lô, một cải tiến đáng kể so với tỷ lệ thay đổi 8-10% của hệ thống bán tự động.
Đến cuối tuần đầu tiên, máy đã được tích hợp đầy đủ vào dây chuyền sản xuất và người vận hành đã hoàn thành một ngày đào tạo đầy đủ về giao diện PLC, quy trình bảo trì và khắc phục sự cố.
4. Hiệu suất hoạt động trong giai đoạn đầu
Giai đoạn hoạt động đầu tiên kéo dài ba tháng, trong thời gian đó máy nhũ hóa tự động được sử dụng để sản xuất 12 công thức sản phẩm khác nhau—chiếm khoảng 60% tổng sản lượng của cơ sở. Dữ liệu hiệu suất được thu thập trong giai đoạn này cho thấy những cải tiến đáng kể trên các chỉ số chính:
Tính nhất quán về chất lượng sản phẩm
Kiểm tra QC cho thấy máy đã giảm sự thay đổi giữa các lô từ 8-10% (với hệ thống bán tự động) xuống dưới 2%. Điều này được cho là do khả năng kiểm soát thông số chính xác và phân phối thành phần tự động của máy. Ví dụ: trong quá trình sản xuất một loại kem dưỡng da có độ ổn định cao, sự phân bố kích thước hạt (một yếu tố quan trọng trong kết cấu sản phẩm) liên tục được đo ở mức 5-8 micromet, so với dải 10-15 micromet được thấy với hệ thống cũ. Các khiếu nại của khách hàng liên quan đến sự không nhất quán của sản phẩm đã giảm 40% trong vòng hai tháng đầu.
Năng lực sản xuất
Thời gian chuyển đổi nhanh hơn của máy tự động (10 phút so với 45 phút) và hoạt động liên tục (nó chỉ yêu cầu 15 phút kiểm tra của người vận hành mỗi giờ, so với 45 phút của hệ thống bán tự động) cho phép cơ sở tăng sản lượng sản xuất hàng ngày lên 28%. Trước đây, cơ sở có thể sản xuất 8 lô mỗi ngày; với máy mới, con số này đã tăng lên 10-11 lô. Sự gia tăng này đã đạt được mà không cần thêm ca làm việc, vì máy có thể chạy không cần giám sát trong thời gian dài (lên đến 4 giờ) trong thời gian sản xuất cao điểm.
Hiệu quả năng lượng và lao động
Mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi lô giảm 22%, nhờ VFD và chu kỳ hoạt động được tối ưu hóa. Cơ sở ước tính tiết kiệm năng lượng hàng năm khoảng 18.000 đô la dựa trên sự sụt giảm này. Hiệu quả lao động cũng được cải thiện: trong khi hệ thống bán tự động yêu cầu hai người vận hành mỗi ca, máy tự động có thể được quản lý bởi một người vận hành, giải phóng nhân viên để tập trung vào các nhiệm vụ khác (chẳng hạn như QC và đóng gói). Điều này làm giảm chi phí lao động 15% cho quá trình nhũ hóa.
Thời gian ngừng hoạt động
Độ tin cậy của máy là một tính năng nổi bật khác. Trong giai đoạn ba tháng, thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch chỉ giới hạn ở mức 2 giờ (do một vấn đề kết nối điện nhỏ đã được giải quyết nhanh chóng bởi nhóm hỗ trợ của nhà cung cấp). Đây là một cải tiến đáng kể so với hệ thống bán tự động, trung bình 8-10 giờ thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch mỗi tháng.
5. Tối ưu hóa và cải tiến liên tục
Mặc dù hiệu suất ban đầu rất mạnh mẽ, nhóm của cơ sở đã chủ động làm việc với nhà cung cấp thiết bị để xác định các cơ hội tối ưu hóa hơn nữa. Quá trình hợp tác này đã dẫn đến một số cải tiến quan trọng:
Tinh chỉnh công thức
Sau khi phân tích dữ liệu từ 50 lô đầu tiên, nhóm nhận thấy rằng một số sản phẩm có độ nhớt cao yêu cầu thời gian trộn lâu hơn để đạt được sự phân tán tối ưu. Sử dụng tính năng ghi dữ liệu của máy, họ đã xác định rằng việc tăng tốc độ cắt thêm 10% (từ 2.500 lên 2.750 RPM) trong 5 phút cuối cùng của quá trình trộn đã giảm tổng thời gian lô xuống 15% mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Việc điều chỉnh này đã được lập trình vào các công thức liên quan, giúp tăng cường hơn nữa hiệu quả sản xuất.
Tích hợp với hệ thống QC
Để hợp lý hóa quy trình kiểm soát chất lượng, nhóm CNTT của cơ sở đã làm việc với nhà cung cấp để tích hợp nền tảng ghi dữ liệu của máy nhũ hóa tự động với phần mềm QC của cơ sở. Giờ đây, khi một lô được hoàn thành, các chỉ số chính (nhiệt độ, tốc độ cắt, thời gian lô) sẽ tự động được gửi đến hệ thống QC. Nếu bất kỳ thông số nào nằm ngoài phạm vi chấp nhận được, nhóm QC sẽ được cảnh báo ngay lập tức—cho phép thử nghiệm mẫu và ra quyết định nhanh hơn. Việc tích hợp này đã giảm thời gian giữa việc hoàn thành lô và phê duyệt QC xuống 30%.
Lịch bảo trì phòng ngừa
Nhóm kỹ thuật của nhà cung cấp đã giúp cơ sở phát triển một lịch bảo trì phòng ngừa tùy chỉnh dựa trên mô hình sử dụng của máy. Lịch trình bao gồm kiểm tra hàng tuần cụm rôto/stato (để đảm bảo không bị mòn), hiệu chuẩn hàng tháng các cảm biến trọng lượng và kiểm tra hệ thống làm mát hàng quý. Thực hiện theo lịch trình này đã làm giảm nguy cơ xảy ra sự cố bất ngờ và kéo dài tuổi thọ dự kiến của máy thêm 2-3 năm.
Nâng cao đào tạo người vận hành
Dựa trên phản hồi từ người vận hành, nhà cung cấp đã thêm một “chế độ mô phỏng” vào giao diện PLC, cho phép người vận hành thực hành lập trình các công thức mới và khắc phục sự cố thường gặp mà không làm gián đoạn sản xuất. Cơ sở cũng đã thực hiện một buổi “chia sẻ kiến thức” hàng tháng, nơi người vận hành thảo luận về các phương pháp hay nhất và các mẹo để tối ưu hóa hiệu suất của máy. Việc đào tạo liên tục này đảm bảo rằng nhóm được trang bị đầy đủ để tận dụng các khả năng của máy.
6. Lợi ích và thành tựu lâu dài
Sau 18 tháng hoạt động, máy nhũ hóa tự động đã mang lại những lợi ích lâu dài mang tính chuyển đổi cho cơ sở, vượt quá mong đợi ban đầu:
Tiết kiệm chi phí
Chi phí năng lượng: Tiết kiệm năng lượng hàng năm đạt
Đăng ký bản tin của chúng tôi để được giảm giá và nhiều hơn nữa.
Chính sách bảo mật |
Sơ đồ trang web
| Trung Quốc Chất lượng tốt Máy homogenizer chân không Nhà cung cấp. 2025 Yangzhou Aipuweier Automation Equipment Limited Company Tất cả các quyền được bảo lưu.
