Jak ocenić potencjały OEE nowoczesnej instalacji mieszania proszków z automatycznym czyszczeniem?
Ocena potencjałów OEE powinna opierać się na rzeczywistych danych dotyczących wsadów, czasu, jakości i czyszczenia. OEE oznacza całkowitą efektywność wyposażenia i wynika z dostępności, wydajności i jakości:
OEE=Dostępność×Wydajność×Jakość
W instalacjach mieszania proszków muszą być uwzględnione zasyp, dozowanie, mieszanie, opróżnianie, czyszczenie, zmiana produktu, pobieranie próbek i zwolnienie. Czy planowane czyszczenie jest częścią planowanego czasu produkcji, musi być wcześniej jednoznacznie zdefiniowane. W przeciwnym razie wartości OEE nie są porównywalne między instalacjami, produktami czy lokalizacjami.
Tworzenie danych wyjściowych
Podstawą jest wystarczająco długi okres referencyjny z reprezentatywnym asortymentem produktów, na przykład kilka tygodni lub pełne kampanie. Powinny być rejestrowane czasy początku i końca zasypu, dozowania, mieszania, opróżniania, czyszczenia, przezbrojenia i zmian produktu. Dochodzą do tego nieplanowane przestoje, czasy oczekiwania na materiał lub zwolnienia, usterki, domieszania, braki, poprawki oraz rzeczywiście osiągnięta ilość wsadu.
Dostępność opisuje udział zdefiniowanego czasu produkcji, w którym instalacja jest rzeczywiście gotowa do pracy. Wydajność porównuje rzeczywisty czas wsadu lub przejścia z czasem zadanym specyficznym dla produktu i receptury. Jakość ocenia udział wsadów lub ilości produktu zdolnych do zwolnienia bez poprawek. Nie każde odchylenie jakościowe powinno być ryczałtowo liczone jako strata OEE; przypisanie domieszania, braku, straty wydajności i czasu oczekiwania musi odbywać się trwale jednolicie.
Stały okres rejestracji od czterech do ośmiu tygodni nie jest ogólnie wystarczający. Przy rzadkich zmianach produktu, sezonowych recepturach lub rzadkich usterkach może być konieczny dłuższy okres. Ważniejszy niż okres kalendarzowy jest fakt, że dane odzwierciedlają rzeczywistą eksploatację.
Ocena czyszczenia
Zautomatyzowane czyszczenie może poprawić dostępność, jeśli zmniejsza demontaż, czynności ręczne i rozproszenie procesu. Cleaning in Place, w skrócie CIP, oznacza czyszczenie w stanie zabudowanym bez szerokiego demontażu. Wet in Place, w skrócie WIP, oznacza czyszczenie na mokro w stanie zabudowanym. Osiągalna oszczędność czasu zależy od instalacji, produktu i zabrudzenia; ogólne dane, takie jak 30 do 90 minut dla CIP lub kilka godzin dla czyszczenia ręcznego, nie są więc wiarygodne.
Ocena powinna obejmować pełny czas zmiany: opróżnianie, zabezpieczenie instalacji, przygotowanie, czyszczenie, płukanie, suszenie, inspekcję, ewentualnie pobieranie próbek oraz zwolnienie. Dopiero z tego wynika rzeczywiście utracony czas produkcji. Równolegle przebiegające czynności, na przykład wstępne odważanie kolejnego wsadu, mogą zmniejszać netto czas zmiany, o ile pozwalają na to personel, udostępnianie materiału i procedury bezpieczeństwa.
Sensoryka czyszczenia, taka jak przewodność, przepływ, ciśnienie, temperatura lub zmętnienie spływu zwrotnego, może nadzorować przebieg. Nie jest jednak automatycznym dowodem, że wszystkie powierzchnie mające kontakt z produktem są czyste. Test ryboflawinowy ocenia na przykład zwilżenie i możliwe cienie natrysku procesu czyszczenia; nie zastępuje on walidacji czyszczenia odniesionej do produktu. FDA oczekuje pisemnych procedur czyszczenia oraz udokumentowanej oceny ich skuteczności.
Czyszczenie oparte na stanie może być sensowne, gdy zabrudzenie i potrzebę czyszczenia można ocenić za pomocą odpowiednich, wiarygodnych danych. W wielu zastosowaniach regulowanych nadal wymagane są stałe, zwalidowane programy czyszczenia. Skrócenie lub pominięcie cykli czyszczenia może nastąpić tylko wtedy, gdy jest to poparte analizą ryzyka, danymi i ewentualnie walidacją.
Poprawa wydajności i jakości
Potencjały wydajnościowe leżą często w czasie mieszania, dozowaniu, zasypie, opróżnianiu i transferze materiału. Czasy zadane nie powinny być definiowane jako ryczałtowe wartości maszynowe, lecz powinny obowiązywać dla produktu, wielkości wsadu, receptury i dopuszczalnego okna procesowego. Skrócenie czasu mieszania jest sensowne tylko wtedy, gdy wymagana jednorodność i jakość produktu pozostają niezawodnie osiągane.
Analityka inline może przy odpowiednich produktach pomóc szybciej ocenić postęp mieszania, na przykład poprzez spektroskopowy pomiar wilgotności inline. Przebiegi momentu obrotowego lub prądu dostarczają wskazówek co do zachowania produktu, nie są jednak ogólnym dowodem jednorodności. Ich przydatność jako kryterium końca mieszania musi być wykazana dla receptury, pozycji czujnika i celu procesowego.
Dalszymi czynnikami wydajności są krótkie przerwy, problemy z dozowaniem, tworzenie mostków, wolny wyładunek, ilości resztkowe, usterki transportu i czasy oczekiwania. Analiza Pareto porządkuje przyczyny strat według ich udziału w utraconym czasie i koncentruje działania usprawniające na największych przyczynach. Condition Monitoring, po polsku monitorowanie stanu technicznego, może przy tym pomagać wcześnie rozpoznawać zmiany na napędzie, łożyskach, uszczelnieniach lub organach wyładowczych. Wymaga to odpowiednich wielkości pomiarowych i jasno zdefiniowanych reakcji; sama sensoryka nie zapobiega usterce.
Komponent jakościowy obejmuje przede wszystkim wsady niezdolne do zwolnienia, braki, poprawki i ewentualnie domieszania. Istotne są jakość mieszania, wilgotność, rozkład wielkości cząstek, wydajność, przyleganie produktu oraz ryzyko segregacji przy wyładunku i drodze transportu. Strategia opróżniania, wysokości spadku, technika transportu i geometria zbiornika powinny więc być częścią oceny. Technologia analizy procesowej, w skrócie PAT (Process Analytical Technology), oznacza zastosowanie odpowiedniej techniki pomiarowej i analitycznej do nadzoru i sterowania procesami produkcyjnymi. Może wcześniej uwidocznić odchylenia jakościowe, musi być jednak zakwalifikowana lub zwalidowana dla swojego konkretnego celu.
Obliczanie potencjału
W praktyce zalecana jest następująca kolejność: najpierw rejestruje się czasy strat i straty jakościowe w spójnej strukturze zdarzeń. Następnie priorytetyzuje się największe źródła strat za pomocą analizy Pareto. Na koniec obliczane są tylko realistycznie wykonalne scenariusze, na przykład wykazywalnie krótszy czas czyszczenia, zmniejszony udział domieszań lub szybsze opróżnianie.
Korzyść ekonomiczna wynika nie tylko z wyższej liczby OEE, lecz z dodatkowej użytecznej zdolności produkcyjnej, uniknionych poprawek, zmniejszonych braków, mniejszego zużycia środków czyszczących oraz możliwych efektów inwestycyjnych lub personalnych. Wolna godzina maszynowa ma wartość ekonomiczną tylko wtedy, gdy jest rzeczywiście wykorzystana do dodatkowej produkcji lub usuwa wąskie gardło zdolności produkcyjnej.
Ryczałtowe benchmarki, takie jak OEE na poziomie 65 do 85 procent, mają niewielką wartość informacyjną dla wsadowych procesów proszkowych. Wymagania czyszczenia, długości kampanii, spektrum produktów, containment, zwolnienia jakościowe oraz przyjęta definicja planowanego czasu produkcji silnie wpływają na wartość. Porównywalne są przede wszystkim instalacje o tym samym modelu czasowym i podobnym portfelu produktów.
Ocena i wykorzystanie potencjałów OEE z amixon®
amixon® ocenia potencjały OEE nie na podstawie ogólnych wartości orientacyjnych, lecz na podstawie konkretnego produktu, przewidzianej wielkości wsadu i pełnego łańcucha procesowego. W centrum prób badane są z oryginalnym produktem czas mieszania, opróżnianie, nakład czyszczenia, zmiana produktu i ewentualnie dozowanie. Na tej podstawie można wyprowadzić realistyczne czasy zadane oraz wiarygodne porównanie z instalacją istniejącą. W Paderborn dostępnych jest do tego około 35 instalacji testowych; uzupełniające centra prób znajdują się w USA i kilku krajach Azji.
Dostępność może być wspierana przez konstrukcję instalacji mieszającej. W wielu mieszalnikach amixon® mieszadło jest łożyskowane wyłącznie powyżej przestrzeni mieszania. Dzięki temu odpada dolny przepust wału jako dodatkowe miejsce uszczelniające mające kontakt z produktem. Niskie prędkości obrotowe i zmniejszona liczba komponentów istotnych z punktu widzenia zużycia mogą zmniejszyć nakład utrzymania ruchu. Dodatkowo amixon® wspiera operatorów inspekcjami, konserwacją, modernizacją, zaopatrzeniem w części zamienne oraz na życzenie koncepcjami konserwacji opartej na stanie technicznym. Rzeczywiście osiągalna dostępność zależy nadal od produktu, sposobu eksploatacji, czyszczenia, strategii konserwacji, zarządzania częściami zamiennymi i obsługi.
Dla strony wydajnościowej OEE szczególnie ważne są czas mieszania, opróżnianie i zmiana produktu. Mieszalnik pionowy typu HM wytwarza nakładające się strumienie mieszania i może dzięki temu wspierać intensywne, a zarazem łagodne wobec produktu wymieszanie. Dla mieszalnika KoneSlid® typu KS amixon® podaje przy odpowiednich zastosowaniach idealną jakość mieszania po około 20 do 30 obrotach oraz krótkie czasy opróżniania. Te wartości należy rozumieć jako orientacyjne, odniesione do produktu i zastosowania, i muszą być potwierdzone dla konkretnej receptury.
Technologia ComDisc® może przemieszczać resztki produktu w kierunku wyładunku i dzięki temu poprawiać wydajność produktową, zmianę produktu i nakład czyszczenia. Wysokie całkowite opróżnianie resztkowe zmniejsza ilość produktu, która pozostaje w mieszalniku i musi być następnie wyczyszczona lub odrzucona. Osiągalna wydajność opróżniania zależy od przylegania produktu, wilgotności, wielkości cząstek, gęstości nasypowej i wykonania aparatu. Dlatego sensownie ocenia się ją w ramach prób z oryginalnym produktem.
Dla zautomatyzowanego czyszczenia na mokro amixon® oferuje między innymi system WaterDragon®. Lanca myjąca automatycznie wjeżdża do przestrzeni mieszania, czyści wodą przy stosunkowo niskim ciśnieniu i może być łączona z zautomatyzowanym suszeniem. Dobre opróżnianie resztkowe przed rozpoczęciem czyszczenia może zmniejszyć nakład wody i czyszczenia. Rzeczywisty czas i skuteczność czyszczenia zależą jednak od produktu, zabrudzenia, geometrii, rozmieszczenia dysz, przepływu, temperatury, chemii czyszczącej i suszenia. Zautomatyzowane czyszczenie na mokro nie jest automatycznie czyszczeniem zwalidowanym; skuteczność musi być wykazana dla przewidzianego procesu.
W mieszalniku kontenerowym typu COM odważanie, mieszanie, czyszczenie, magazynowanie pośrednie i napełnianie mogą być oddzielone organizacyjnie. Może to poprawić wykorzystanie stacji mieszania przy częstych zmianach produktu, o ile dostępna jest wystarczająca liczba Mixtainer®, zdolność czyszcząca i transportowa oraz odpowiednie procedury zwolnień. Czas czyszczenia nie blokuje więc całkowitej wydajności systemu w takim samym stopniu jak przy pojedynczej, na stałe zainstalowanej stacji mieszania.
Komponent jakościowy OEE może być wspierany przez powtarzalne prowadzenie receptur, odpowiedni dobór mieszalnika, wysoką zdolność opróżniania i kontrolowane zmiany produktu. Programy mieszania mogą być zapisane w programowalnym sterowniku logicznym, w skrócie sterowniku PLC, i wykonywane dla poszczególnych wsadów. Identyfikacja materiału wspomagana kodami kreskowymi oraz interfejsy specyficzne dla projektu do systemów planowania zasobów przedsiębiorstwa, w skrócie systemów ERP, lub systemów zarządzania produkcją, w skrócie MES, mogą łączyć recepturę, wsad i parametry procesowe. Aby takie dane były użyteczne dla identyfikowalności, analizy przyczyn i analiz OEE, muszą być jednoznacznie uregulowane w całym systemie model danych, znaczniki czasowe, uprawnienia użytkowników, integralność danych i kategorie przestojów.
Dla zastosowań regulowanych amixon® może udostępniać dokumentację istotną dla kwalifikacji oraz wspierać przy Design Qualification, Installation Qualification i Operational Qualification, w skrócie DQ, IQ i OQ. Wykonanie techniczne może być dostosowane do wymagań specyficznych dla projektu, takich jak EU-GMP, FDA 21 CFR Part 11, EHEDG, standardy 3-A Sanitary, ATEX lub ASME. Odpowiedzialność za walidację procesu i czyszczenia oraz za walidację systemów elektronicznych pozostaje po stronie operatora.
amixon® opracowuje i produkuje według własnych danych centralnie w Paderborn. Wysoka głębokość produkcji, dokumentacja istotna dla kwalifikacji, próby w centrum prób oraz długoterminowe zaopatrzenie w części zamienne wspierają podejście uwzględniające cały cykl życia, w którym do oceny OEE wchodzą nie tylko zakup, lecz także czasy czyszczenia, straty produktu, konserwacja i zdolność adaptacji.