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【行業洞察】數字化記錄為食品和飲料制造商帶來效益的七種方式

  2019年05月07日  

  數據的記錄和呈報對于滿足食品和飲料工藝的關鍵安全參數非常重要,同時還能提供效率方面的益處。從基于紙張和人工的記錄系統過渡到數字化記錄,可以節省時間和金錢成本,滿足監管合規要求,并確保數據完整性。

  簡介:

  食品和飲料制造商必須嚴格遵守多種關于工藝安全的當地和國際的法規和標準。近年來,消費品召回的案例不斷增加,表明了準確、及時地記錄和呈報工藝數據,對于快速解決問題非常重要。制造商是否能提供可信的數據,將會影響公司的聲譽,并最終影響盈利能力。

  確保消費品的安全與優質是目前的第一要務。由于食品加工行業對時間和溫度非常敏感,因此準確記錄加工過程的每個步驟至關重要,尤其是在出現問題時,能回看記錄去追根溯源。

  然而,許多制造商仍然依靠紙質記錄來跟蹤與大量食品和飲料工藝和設備相關的數據流。

  從人工記錄系統過渡到自動化、數字化的方式,可以節省時間和金錢成本,滿足監管合規要求,并確保數據的完整性。

  本文概述了數字化記錄為制造商帶來效益的七種方式,并為自動化解決方案的評估標準提供建議。

  1、獲取數據

  記錄數據可實現節能

  新的法律法規(例如英國的節能機會計劃 ESOS)正在推動大型食品和飲料廠商回顧并申報能源使用情況。然而,制造商很難確定每個工藝所消耗的能源。根據ESOS計劃,未采用ISO 50001能源審計的大型公司需要檢討所有大量使用能源的領域,以便報告其能源績效并確定潛在的能效節約機遇。這些能源評估必須在 12 個月連續數據的基礎上進行,并且每四年重復一次,以展示改進情況(見圖1)。

  (圖1)收集并分析每項工藝的數據,讓我們能夠充分了解一座工廠的能耗情況。

  在較老的工廠中,所有生產線仍然使用電力公司提供的電表,往往無法確定單條生產線和工藝的能源使用情況。即使已經在合適的地方部署了現代化電能表和傳感器,制造商也需要收集、記錄和計算數據的方法,以便進行分析和報告。

  大多數現代化電能表內置有通信渠道,可以將數據發送到記錄器進行分析和報告。探頭和傳感器的數據也可以進行記錄,只要把探頭和傳感器輸出的信號輸入到數據記錄器中即可。全功能數字化記錄器具有先進的數學運算功能,可以對數據進行計算。產生的信號也可以被記錄下來,為負責實現節能目標并向管理層報告的工程師提供有價值的參考信息。

  2、對工藝進行基準比較

  通過基準比較更好地實現預測性維護

  用于食品和飲料生產的設備,往往面對比較惡劣的條件,特別是在連續生產過程中。熱電耦、電機和壓縮機等設備會隨著時間的推移而損耗,并且可能影響其作用。我們很難知道部件何時會因損耗而不堪使用,進而導致流程出現問題。

  在當今的制造業中,整體設備效率(OEE)和設備完全有效生產率(TEEP)在關鍵績效指標(KPI)中所占的地位越來越重要。OEE對設備或生產線在規劃運行時間內的性能相對于其最佳效能進行量化。最終結果與最高可能運行時間進行比較以計算得到TEEP。

  計算基于負載、可用性、性能和質量等數值,最終結果精確揭示效能存在問題的地方,如計劃外維護引起的停機和產品質量問題(見圖2)。

  (圖二)對食品和飲料生產流程進行記錄,為基于時間的比較提供了基準數據。

  記錄食品和飲料生產流程的益處,在于可利用這些數據,對產出的各方面數據隨著時間推移的變化進行基準比較。例如,可以記錄生產一個批次所用的能源,然后每隔一個月進行比較。如果能耗出現上升,可能意味著流程中出現了問題,可以提前開展調查,從而可以避免出現徹底故障的情況。此外,可視化數據可以幫助運維人員及時注意到部件出現故障的征兆,例如壓縮機故障時特有的波形信號。利用計算功能,可以將記錄產品配置為在出現這種信號模式時觸發警報,向維護團隊發送通知以防止意外停機的情況發生。

  能夠將記錄中的基準工藝數據與當前工藝數據進行比較,正在成為制造行業的一項寶貴優勢,能夠提高效率,并通過改善OEE和TEEP提高盈利能力。

  3、保護數據安全

  安全數據是什么?

  部分食品安全標準和規范要求記錄系統必須能夠確認所記錄的數據有沒有被篡改或擦除。很多 SCADA、PLC 中的數據記錄系統還有基礎數據記錄器都會以 CSV 文件的形式保存數據。盡管這種格式可以將數據輕松地導入到電子表格中,但它并沒有防篡改功能,無法標明數據是否遭到篡改。因此,這種格式并不適用于需要保持較高數據完整性的場合,例如需要接受第三方審計和遵守政府標準的工藝。

  而另一個潛在問題則是數據的采集方式。部分 SCADA 軟件方案所記錄的數據來源為通信線路,而不是直接從記錄產品內部獲取。倘若通信中斷,則意味著數據也將丟失,因此這種系統不適合某些應用場合。

  在選擇記錄方法的時候,其中一項要求是生成不可編輯的文件格式。市面上有一些數據記錄器和高精度PLC可將數據保存在帶二進制校驗功能的文件中,從而提供防篡改功能,并且只能使用特定軟件查看。這種解決方案明顯優于使用CSV文件,后者非常容易編輯,因此并不安全。這種解決方案的另外一個益處是文件可以壓縮,所以在轉存到其他媒介之前,它可以將更多的數據存儲在內部。數據應該能夠同時在測量點進行記錄,即記錄在產品本身,從而解決數據傳輸過程中通信暫時中斷的問題。具有自我修復策略的產品,可通過存儲和重發功能,自動補足因通信中斷而導致的數據丟失,相比以人工方式傳輸丟失數據可節省大量時間。

  功能齊全的數據記錄產品具有安全管理選項,可提供滿足審計跟蹤的防篡改功能,并記錄用戶名、密碼和訪問許可。操作員的所有活動都記錄在安全數據庫中。變更的權限可以通過支持FDA 21 CFR第11部分和21 CFR第113部分等規定的電子簽名來實現。例如,操作員可以通過電子簽名的方式獲得變更參數的權限,或者通過向質量工程師申請二級授權的方式進行。變更情況應進行記錄,以供質量管理和審計人員在必要的情況下查閱。能夠追溯生產過程中“誰做了什么”的能力在許多場合下非常有用,有助于保持遵守良好生產作業(GMP)和危害分析和關鍵控制點(HACCP)規范。

  4、保持合規性

  遵守地方性和國際標準的規定

  在GMP和HACCP規范中,儲存乳制品和肉制品等易腐物品的一個重要步驟是測量和記錄溫度。對于向美國出口產品并需要遵守21 CFR第11部分和21 CFR第113部分等標準的公司來說,證明相關產品在整個儲存、加工和制造過程中都保持在規定的關鍵溫度范圍內至關重要。基本型數據記錄儀器不具備所需的高精度測量能力,也不具備符合此類標準的安全數據存儲和傳輸策略。

  目光長遠的歐洲食品制造商正轉向有助于遵守21 CFR第11部分和21 CFR 第113部分的記錄產品,從而保證其加工和制造過程能夠適應未來,并具有充足的靈活性。這有助于實現差異化,在項目競標中勝出。例如,一家歐洲肉類罐頭生產商最近被選中在國際空間站為宇航員提供食品,其依據是符合FDA和USDA標準。該公司在現代數字化控制和記錄設備上進行投資,它們具有高精度I/O和工業環境中的噪聲過濾能力,能夠精確測量記錄的信號。

  安全的防篡改數據以帶二進制校驗文件的格式存儲,質量工程師和審計人員可以很容易地審閱這些文件。此外,操作員和工程人員的一切行為都按照根據FDA標準通過密碼授權記錄在審計跟蹤中。這些特點使這類產品成為理想的解決方案,能夠證明在合適時間內均符合關鍵參數,確保肉類和乳制品在符合GM 和HACCP規范的條件下安全加工。

  5、實現數字化

  從紙張轉移至數字化記錄器

  對于仍在使用紙質記錄的制造商來說,由于更換圖表和筆所導致的成本和維護,以及紙質圖表缺乏安全的數據存儲能力,可能會不斷面臨各種問題.如果在批量生產期間筆或紙用完,丟失的數據可能會導致質量工程師在評估不合格工藝時浪費時間,并可能導致產品報廢。

  功能齊全、安全的數字化記錄器可將數據以防篡改文件格式存儲在產品內,可以通過網絡安全地傳輸到可移動媒體(U盤等)或服務器上。然后,這些數據可以輕松地檢索以執行質量檢查、報告和審計等,不會像紙質圖表那樣,在處理過程中出現錯誤、丟失或用完等情況(參見圖3)。

  (圖三)數字化記錄方案可用防篡改的文件格式存儲數據

  使用安全數字化記錄器提供多項優勢:

  ● 制造商可節省開支,因為不再需要采購、儲存并小心處理紙筆等消耗品。

  ● 由于無需定期更換紙筆,可縮短維護時間,此外由于機械零件的減少,記錄產品更為可靠。

  ● 數據以數字格式存儲,方便使用PC、平板電腦或智能手機查看。

  對于傳統上使用紙質圓形圖表記錄器的公司來說,更換成數字化記錄器并不是問題,因為某些型號的數字化記錄器提供圓形圖表選項。這種數字化記錄器的另一個優勢是能夠以多種不同形式顯示圖表,包括水平、垂直、條形、數字或圓形。

  6、批次分析

  批次記錄的優勢

  能夠記錄在批次生產過程中發生的事情是一個強大的優勢,特別是當出現問題的時候。質量工程師需要簽發某個批次之前評估相關數據,這是一項十分費時的任務,尤其是在仍使用紙質記錄的舊式工廠中。

  功能齊全的數字記錄器產品具有批次功能,允許操作員通過屏幕上的啟動和停止按鈕或通過外部輸入(如條形碼掃描)來記錄單個批次(見圖4)。然后,質量工程師可以很容易地將通過PC 檢索該批次中的數據,以便進行評估。用于查看安全文件的軟件可直接跳轉到出現問題的區域,通過歷史數據展示所有消息,無論是由告警觸發還是由操作員手動輸入。查看軟件還可以使用數字簽名對批次進行簽發。對批次記錄和簽名進行數字化的主要優勢,在于可以節省質量人員的時間,并為他們提供所有必要數據,以便編制報告并實現標準的合規性。

  (圖四)對批次記錄和簽名進行數字化的主要優勢,在于為質量人員提供所有必要數據,以便編制報告并實現標準的合規性。

  簡化報告

  收集數據并創建報告

  所有的食品和飲料制造商均需要提供報告,以證明符合工藝參數,說明能源使用情況,并展示KPI結果。我們還是可以經常看到一些人員通過人工的方式從各種來源提取數據來編制報告文件。這可能需要用掃描或影印的方式將數據和圖像(如紙質圖表)制作成數字格式,手動整理和計算數據,以及將信息剪切/粘貼到文檔中。如果采用這種工作方式,每個月往往都要浪費好幾天的時間。

  大多數報告都是需要定期提供,而針對性解決方案是為工業自動化用途設計的報告編制軟件包。其中包含可自定義的報告模板以及用于從各種常見設備和文件源中提取數據的工具。報告套件通過網絡將數據整理到對應模板中,將其保存為安全的 PDF 格式,并將其發送給相應的個人。即使采用人工創建報告的模式,以數字化的方式提取來源數據可以讓人員節省日常報告流程的時間。當然,報告數據最高效的方式還是使用專門的報告編制軟件包。

  結論:

  確保食品和飲料對于消費者的安全性,是制造商的一項首要任務。收集并記錄工藝數據以編制強制性報告是一項日常任務,也是保持監管合規的重要環節,但如果沒有現代的數字化記錄解決方案,很難準確且及時地完成這項任務。

  雖然目前使用紙張并手動填入數據的系統更為常見,但許多制造商如今已經轉向數字化的記錄解決方案,以節省時間、成本和能源。

  對于需要評估和挑選數字記錄解決方案的制造商,應予考慮的功能和優勢見下表。

  將人工記錄系統轉化為自動化、數字化作業有助于確保數據的完整性。

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