Produkcja modułowa

Dzięki rosnącemu zapotrzebowaniu na małe partie i zindywidualizowane rozwiązania cykle produktów i innowacji są coraz krótsze. Krótszy czas produkcji i wprowadzania innowacji może być problemem dla producentów, w szczególności tych działających w branży farmaceutycznej i produkcji procesowej. Elastyczność struktury zakładów produkcyjnych w tych sektorach, a także tych utrzymywanych przez firmy kosmetyczne i producentów żywności, jest zazwyczaj zbyt mała i nie pozwala im na szybkie dostosowywanie się do zachodzących zmian.

Produkcja modułowa upraszcza proces zmieniania produkowanych ilości lub dostosowania sprzętu do wytwarzania nowych produktów czy formuł. Produkcja modułowa rozbija duże zadania na kilka mniejszych komponentów. Produkcja dzieli się na pojedyncze usługi, a każda z tych usług jest standaryzowana. Dzięki temu, że każdy moduł jest ze sobą połączony, istnieje wiele możliwości konfiguracji. Producenci mogą „podłączyć i produkować”, zmieniając konfiguracje odpowiednio do potrzeb na podstawie powstającego produktu.

Produkcja modułowa i standard Module Type Package (MTP) są doskonałym rozwiązaniem, które zrewolucjonizowało produkcję w wielu branżach. Przed przejrzeniem zalet MTP i modułowej produkcji przyjrzyjmy się dokładniej wyzwaniom, z którymi borykają się producenci stosujący zwinną produkcję.

1. Większa konkurencja

Konkurencja między producentami na całym świecie jest duża. Współcześni producenci muszą konkurować między sobą pod względem cen i produktywności. Na ich konkurencyjność wpływa nawet wynagrodzenie wypłacane pracownikom. Na przykład dla firm w Stanach Zjednoczonych wyzwaniem może być nadążanie za kosztami głównie dlatego, że producenci w innych krajach wypłacają swoim pracownikom mniejsze pensje niż zarobki Amerykanów. W Wielkiej Brytanii bieżący deficyt siły roboczej może sprawić, że wyzwaniem dla brytyjskich producentów będzie konkurowanie na globalną skalę.

Innym obszarem konkurencyjności jest wielkość produkcji. Niektórzy producenci są w stanie wytwarzać więcej produktów z większą szybkością niż inni.

Aby wysunąć się na prowadzenie i je utrzymać, producenci powinni skoncentrować się na następujących obszarach:

Budowanie solidnej marki i dobrej reputacji
Zwiększenie konkurencyjności cenowej bez negatywnego wpływu na wyniki finansowe
Wykorzystanie technologii do poprawy innowacyjności

2. Wysokie koszty produkcji

Wielu producentów zmaga się z dwoma problemami, które bezpośrednio przyczyniają się do zwiększenia kosztów produkcji: przerwy w łańcuchach dostaw i niedobór siły roboczej. Koszty produkcji obejmują ceny materiałów, koszty robocizny i wszelkie wydatki związane z utrzymaniem fabryki. W niektórych przypadkach koszty produkcji mogą wymknąć się spod kontroli producenta. Na przykład inflacja lub przerwy w łańcuchach dostaw mogą spowodować wzrost ceny materiałów, co przekłada się na wzrost kosztów produkcji w firmie.

Niedobór siły roboczej może również zwiększyć koszty produkcji. Gdy więcej jest wolnych stanowisk niż pracowników, firmy często muszą zwiększać pensje wypłacane pracownikom, aby zwiększyć atrakcyjność zatrudnienia. Ponadto niedobór pracowników zwiększa koszty produkcji, ponieważ niewystarczająca liczba osób w fabryce powoduje spowolnienie procesów.

Na szczęście są sposoby na obniżenie kosztów produkcji. Jeżeli problemy z łańcuchem dostaw uniemożliwiają firmie zdobycie odpowiednich materiałów, może ona rozważyć opcje ich zastąpienia o większej dostępności. Dodatkowo metody produkcji modułowej zwiększają elastyczność, która może obniżyć koszty.

3. Krótsze cykle życia produktów

Cykle życia produktów się kurczą, co może stanowić wyzwanie dla producentów. Często inwestują oni ogromną ilość czasu i pieniędzy w wytworzenie nowego produktu tylko po to, aby produkt ten zniknął z rynku po kilku latach.

Firmy muszą wówczas wyprodukować i wprowadzić na rynek nowy produkt, poświęcając na to jeszcze więcej czasu i pieniędzy. Krótsze cykle życia produktów mogą znacznie oddziaływać na producentów, wywołując:

Mniejsze szanse na wypracowanie zysku
Większą trudność prognozowania wydajności produktu
Mniejszą elastyczność i mniejszą przestrzeń na błędy

Wdrożenie procesu produkcji małych partii umożliwia producentom wprowadzanie odpowiednich zmian i przystosowanie się do skróconych cykli życia produktów.

4. Większe zapotrzebowanie na dostosowane produkty

Personalizacja i możliwość dostosowania produktów są bardzo popularne, co jest dobrą nowiną dla firm, które chcą wyróżnić się spośród konkurencji, ale jednocześnie jest wyzwaniem dla producentów, którzy muszą wytwarzać dostosowane produkty. Nie wystarczy już, że producent wytworzy ten sam produkt z białą etykietą, a firmy umieszczą na nich symbole swoich marek. Obecnie ten produkt musi być inny niż pozostałe.

Starsze metody produkcji utrudniają fabrykom wprowadzanie zmian i przystosowanie produkcji do większej serii dostosowanych produktów. MTP i produkcja modułowa ułatwiają producentom zmienianie konfiguracji fabryk, aby umożliwić wytwarzanie różnych produktów.

1. Większe możliwości innowacji

Większa konkurencja oznacza, że producenci muszą zwiększać innowacyjność, aby zachować swoją pozycję na rynku i zatrzymywać klientów przy sobie. To znaczy, że wiele firm odczuwa przymus regularnego wprowadzania nowych linii lub wariantów swoich najpopularniejszych produktów.

Doskonałymi przykładami są różne smaki napojów gazowanych, różne rodzaje ciasteczek czy też nowe kolory szminek lub różu do policzków. Firmy farmaceutyczne dostosowują formuły leków lub suplementów, aby utrzymać patenty. Firmy motoryzacyjne wdrażają nowe modele i opcje designu najpopularniejszych pojazdów. Za każdym razem, gdy jakakolwiek firma wprowadza nowy produkt lub jego wariację, konieczna jest zmiana procesu produkcji.

Dzięki modularyzacji producent może znacznie zmniejszyć ryzyko inwestycji. Może ona zmienić możliwości produkcji nowego produktu na podstawie zapotrzebowania na rynku. Na przykład, gdy nowy smak lemoniady stanie się bardziej popularny niż oryginał, firma, która wdrożyła produkcję modułową, może dostosować swoje fabryki do zwiększenia produkcji nowego, bardziej popularnego produktu. Modularyzacja pomaga producentom utrzymać konkurencyjność.

2. Zmniejszenie kosztów produkcji o 40%

Zmiana układu i wyposażenia fabryki przy modyfikacji produktu w przypadku tradycyjnych metod produkcji wiąże się ze sporymi kosztami i czasem. W przypadku produkcji modułowej koszty mogą zmniejszyć się o 40%, a to zapewnia większą elastyczność. Mniejsze koszty produkcji widać w szczególności, gdy zakład wytwarza małe partie każdego produktu.

Produkcja modułowa i MTP usprawniają przejście z jednego procesu produkcji do innego. Fabryka może przeznaczyć pierwsze dwa dni tygodnia na wytwarzanie produktu A, a następnie przełączyć się na jeden dzień na produkt B. Następnie mogą przenieść konfigurację, aby umożliwić tworzenie produktu C przez pozostałe dwa dni tygodnia – wszystko to bez konieczności poświęcania znacznej ilości czasu i pieniędzy na poszczególne zmiany.

3. Skrócenie czasu wprowadzenia na rynek o 50%

Krótkie cykle życia produktów wymagają krótszych czasów wprowadzenia na rynek. Im szybciej nowy produkt tam trafi, tym szybciej będzie mógł odnieść sukces. Jeżeli produkt się przyjmie, firma może kontynuować jego wytwarzanie i sprzedaż. Jeśli zaś okaże się nietrafiony, może go odrzucić i spróbować z kolejnym.

Metoda produkcji modułowej skraca o 50% czas wprowadzenia na rynek, ponieważ opiera się na prefabrykowanych modułach. Inżynierowie mogą przy minimalnych kosztach zintegrować moduły z systemem kontroli procesu. Krócej trwa też rozwijanie nowych produktów z wykorzystaniem metody modułowej, ponieważ przejście z fazy laboratoryjnej lub rozwojowej do fazy produkcji jest znacznie łatwiejsze.

4. Maksymalna elastyczność produkcji

Wprowadzenie produkcji modułowej zwiększa elastyczność zakładów. Inżynierowie mogą łatwo zamienić jeden moduł na inny przy zmianie procesu produkcji bez konieczności przeprowadzania nowych prac inżynieryjnych lub modyfikowania istniejących operacji. Modułowe jednostki można też wykorzystać ponownie, gdy tylko będzie to konieczne.

Produkcja modułowa zapewnia producentom większą swobodę przy wyborze maszyn. Tradycyjne metody wymuszają konieczność stosowania maszyn od konkretnych firm lub tego samego sprzętu. W procesie produkcji modułowej nie jest to już wymagane.

Co to jest Modular Type Package?

Modular Type Package, w skrócie MTP, zapewnia interoperacyjność przez stworzenie ram stosowanych modeli danych sprzętowych. Pod względem funkcjonalnym MTP opisuje właściwości procesu i interfejsy niezależnie od technologii lub producenta. Pozwala to na łączenie ze sobą różnych modułów i ich łatwe ponowne wykorzystanie, nawet gdy pochodzą od różnych producentów.

Moduły zawierają funkcje, które zmniejszają ich wzajemne zależności. Aby zilustrować działanie MTP, można wyobrazić sobie domowy komputer i drukarkę. Oba urządzenia mogą ze sobą współpracować, mimo że zostały wyprodukowane przez różne firmy. Różne modele drukarek działają z różnymi modelami komputerów, ponieważ każda drukarka jest dostarczana ze sterownikiem. Użytkownik instaluje sterownik drukarki na swoim komputerze. Sterownik dostarcza komputerowi informacje, które są potrzebne do obsługi drukarki.

W tym przypadku drukarka jest modułem, sterownik to MTP, a komputer zajmuje się kontrolą procesu. Jeżeli drukarka ulegnie awarii lub użytkownik chce zmienić urządzenie z kolorowego na czarno-białe, wystarczy, że wymieni moduł i MTP, a nie całą kontrolę procesu.

Wszystkie informacje dostarczane przez MTP są w standardowym formacie, co ułatwia integrację z nadrzędną warstwą orkiestracji procesów (POL). zenon POL i zenon Engineering Studio współpracują przy tym w całkowicie zautomatyzowany sposób. Dzięki temu wszystkie etapy pracy przebiegają automatycznie w środowisku Engineering Studio i są przenoszone do Service Engine przez POL, a to pozwala na całkowicie automatyczne wygenerowanie systemu kontroli procesu (PCS) w zaledwie kilku krokach.

Większość procesów inżynieryjnych już obejmuje inżynierię modułową, dzięki czemu integracja w pełni zautomatyzowanych modułów z systemem kontroli procesu nie wymaga znacznych nakładów.

Zarządzanie wszystkimi modułami zgodnymi z MTP i ich statusami jest możliwe przy użyciu modułu zenon Process Equipment Assembly (PEA). Zapewnia on dostęp do zestawienia modułów obecnie zintegrowanych z POL, które są dostępne do użycia.

Produkcja MTP

Proces produkcji MTP

Przebieg procesu produkcji MTP zazwyczaj jest następujący:

MTP zawiera informacje w standaryzowanym formacie. Moduły MTP tworzy się tak, aby zawierały informacje definiujące interfejsy technologiczne oraz obejmowały obrazy kontroli i logikę kontroli. MTP importuje się do warstwy orkiestracji procesów, takiej jak zenon POL.
po zaimportowaniu wymagane jest skonfigurowanie MTP. Zostają przy tym utworzone parametry usług i powiązania logistyczne.
Międzynarodowe Towarzystwo Automatyzacji (International Society of Automation, ISA) stworzyło standard ISA 88, definiujący modele i warunki związane z kontrolą partii. Celem standardu ISA 88 jest umożliwienie dostawcom rozwiązań automatyzacyjnych łatwiejszą komunikację, konfigurację i integrację partii. Wielu producentów wykorzystuje standard ISA 88 do śledzenia produkcji wsadowej. Dzięki MTP koncepcja ISA 88 staje się otwartym, niezależnym od dostawców modelem typu „podłącz i produkuj”.
ostatnim etapem procesu jest testowanie w celu zapewnienia prawidłowej integracji MTP w warstwie POL. Można to porównać do wydruku strony testowej po skonfigurowaniu nowej drukarki. Jeżeli wydrukowana strona testowa wygląda prawidłowo, można kontynuować drukowanie niezbędnych dokumentów.

Produkcja farmaceutyczna

Producenci w branży farmaceutycznej działają w ściśle regulowanym środowisku, wymagającym ciągłego monitorowania procesów w celu zapewnienia zgodności z normami. Wielu producentów wytwarza też wiele typów leków i wyrobów leczniczych, które wymagają zwinności i elastyczności produkcji. Jeden zakład może w jednym tygodniu produkować lek A, a w kolejnym tygodniu przejść na lek B. Lub, w zależności od zapotrzebowania, zakład może być zmuszony do zmiany harmonogramu produkcji. Na przykład w miesiącach zimowych fabryka musi koncentrować się na produkcji szczepionek przeciwko grypie zamiast innych produktów.

Firmy produkujące leki mogą skorzystać na produkcji modułowej, ponieważ umożliwia ona wdrażanie niezbędnych zmian. Mogą na przykład łatwo przeprogramować sprzęt na produkcję innych leków lub wyrobów przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka skażenia krzyżowego i innych potencjalnych problemów związanych z bezpieczeństwem.
Firmy chemiczne

Podobnie, firmy produkujące substancje chemiczne, wykorzystywane w środkach do czyszczenia, wyrobach medycznych lub barwnikach, muszą jednocześnie zachować zgodność z przepisami i pełną elastyczność. Proces produkcji modułowej umożliwia zakładom chemicznym dostosowanie planów produkcyjnych na podstawie zapotrzebowania na różne produkty.
Woda i ścieki

Zakłady przetwarzające wodę i ścieki lub takie, które współtworzą infrastrukturę energetyczną, mogą również odnieść korzyści wynikające z produkcji modułowej. MTP i produkcja modułowa zapewniają im elastyczność, ograniczenie kosztów i utrzymanie bezpieczeństwa.
Branża przetwórcza

Branża przetwórcza często wykorzystuje specyficzne formuły do łączenia surowców i materiałów eksploatacyjnych w celu stworzenia różnych towarów, takich jak kosmetyki, plastiki, środki chemiczne i artykuły spożywcze. Towary tworzone w branży przetwórczej powstają zazwyczaj na podstawie specyficznych receptur, a po ich ukończeniu nie jest możliwe ich ponowne „rozłożenie” na poszczególne składniki.

W wielu przypadkach niewielka modyfikacja formuły lub receptury może wymagać znaczących zmian w procesie produkcji konkretnego towaru lub produktu. Produkcja modułowa umożliwia branży przetwórczej dokonywanie niezbędnych regulacji bez ponoszenia większych nakładów.
Żywność i napoje

Firmy spożywcze ciągle wprowadzają nowe produkty, a producenci muszą nadążać za krótszymi cyklami życia produktów i większą różnorodnością na rynku. Produkcja modułowa im w tym pomaga, eliminując konieczność całkowitego ponownego konfigurowania sprzętu za każdym razem, gdy powstaje nowy produkt lub jeden ze starszych zostaje wycofany.

Dowiedz się, jak zenon może uprościć proces produkcji modułowej

Firma COPA-DATA od ponad 30 lat specjalizuje się w upraszczaniu procesów z wykorzystaniem rozwiązań cyfrowych i automatyzacyjnych. Korzystamy z naszego bogatego doświadczenia, aby stale rozwijać Platformę Programową zenon. Klienci mogą polegać na nas w zakresie realizacji wymogów produkcji modułowej zarówno teraz, jak i w przyszłości. Dobrze przemyślana modularyzacja z wykorzystaniem pakietu MTP może zrewolucjonizować sektor produkcji procesowej i zapewnić jej konkurencyjność w przyszłości. Skontaktuj się z nami dzisiaj, aby dowiedzieć się więcej o oprogramowaniu zenon.

The high level of risk present in the pharmaceutical industry has made many manufacturers hesitant to move away from paper documentation and embrace the total digitalization of the manufacturing plant. As drug patents expire, however, production efficiency becomes increasingly important. At COPA-DATA, we have developed our pharmaceutical manufacturing software zenon to help companies overcome industry challenges and optimize their processes using innovative technology.