Система автоматизации выпуска товаров бытовой химии и косметики

 

  Отечественный рынок товаров бытовой химии последние годы демонстрирует устойчивый рост. Основными факторами, способствующими его развитию, послужили:

1. уход западных производителей из России,
2. повышение уровня гигиены, в том числе связанное с прошедшей пандемией Ковид-19,
3. увеличение численности населения,
4. развитие розничной сети торговли товарами бытовой химии.

  Отдельно можно выделить растущий спрос на экологически безопасные средства, в том числе обладающие гипоаллергенными свойствами. При этом среди российских производителей усиливается конкуренция, что требует, как постоянного расширения ассортимента, так совершенствования производственных процессов.

  В категорию товаров бытовой химии принято относить:

• стиральные порошки,
• кондиционеры для белья,
• средства для мытья посуды,
• универсальные и специализированные чистящие средства,
• освежители воздуха,
• пятновыводители,
• средства для ухода за сантехникой, кухонными поверхностями.

  Помимо этого, в состав этой группы входят косметические, гигиенические продукты:

• шампуни,
• гели для душа,
• мыло,
• зубные пасты,
• дезодоранты.

  С точки зрения маркетинга, сфер применения отдельно выделят продукцию профессиональной химии, фактически представляющую более концентрированные и технологически сложные средства, предназначенные для использования в:

• гостиничном бизнесе,
• общественном питании,
• медицинских учреждениях,
• промышленных, коммунальных предприятиях.

  В перечень профессиональной химии входят:

• моющие, дезинфицирующие средства для профессиональной уборки,
• специализированные очистители для оборудования,
• антисептики,
• пенные шампуни для автомоек,
• средства для прачечных и санитарной обработки.

  Отличие продукции профессионального сегмента от бытового в том, что она требует строгого соблюдения инструкций по применению и повышенных мер безопасности для персонала. Между тем, различия между профессиональной и бытовой продукцией заключаются не только в концентрации активных компонентов, но в назначении, способах применения, требованиях к упаковке, хранению, маркировке.

  Технология изготовления товаров бытовой химии включает несколько базовых этапов:

1. подготовка и дозирование сырья,
2. смешивание компонентов,
3. гомогенизация,
4. фильтрация,
5. розлив,
6. упаковка,
7. маркировка,
8. складирование.

  Для повышения эффективности, уменьшения необходимого времени процесс смешения компонентов может проходить при дополнительном нагреве. При этом по окончании процесса до стадии розлива может требоваться охлаждение готового продукта.

  Каждый из этих технологических этапов должен постоянно контролироваться, чтобы обеспечить стабильное качество продукции, её соответствие нормативам. Используемое сырьё - это поверхностно-активные вещества, ароматизаторы, стабилизаторы, красители и специально подготовленная вода соответствующего качества.

  АСУ производства косметики и профессиональной химии решает следующие задачи:

1. Повышение производительности,
2. Снижение негативного влияния человеческого фактора,
3. Обеспечение стабильного качества продукции,
4. Снижение производственных затрат,
5. Повышение безопасности,
6. Снижение негативного воздействия на окружающую среду.

 

  Оборудование для изготовления бытовой химии состоит из комплекса машин, установок, обеспечивающих полный цикл изготовления: от хранения, подготовки сырья, воды до упаковки готовой продукции. Основные элементы линии для производства бытовой химии это:

• автоматизированные склады,
• емкости для хранения,
• реакторы,
• смесители,
• системы дозирования,
• насосы,
• гомогенизаторы,
• фильтры,
• линии розлива, укупорки,
• устройства палетизации.

  Как правило, разделяют оборудование производства и розлива. Каждое из устройств подбирается в зависимости от типа выпускаемой продукции — жидких, гелеобразных или порошкообразных средств — отличается своими характеристиками: объёмом, мощностью, уровнем автоматизации, устойчивостью к воздействию агрессивных веществ. Все эти параметры необходимо учитывать при выборе оборудования для производства бытовой химии.

  Цех по производству товаров бытовой химии и косметики предназначен для организации безопасного и эффективного технологического процесса с учётом санитарных, экологических норм. Важной частью предприятия является лаборатории, которые необходимы как для разработки новых видов продукции, так для контроля произведенной продукции. План компоновки оборудования для производства бытовой химии должен учитывать:

1. логистику сырья, полуфабрикатов, технических сред внутри цеха,
2. удобство обслуживания оборудования, коммуникаций,
3. соблюдение санитарных норм, норм безопасности.

  Оборудование монтируется таким образом, чтобы сырьё поступало в начале линии, а готовая продукция отгружалась в конце, проходя поэтапно через все необходимые стадии. При проектировании важно предусмотреть зоны для временного хранения, транспортировки, технического обслуживания, а также обеспечить оптимальные условия вентиляции, водоснабжения, электропитания.

  Подбор оборудования для производства бытовой химии и косметики требует детального анализа ассортимента, объёмов выпуска продукции, планируемого уровня автоматизации. При выборе учитываются технические характеристики:

• энергопотребление,
• энергоэффективность,
• надёжность,
• габаритные размеры,
• наличие сервисной поддержки,
• возможность интеграции с другими системами предприятия.

  Грамотно проведённый этап проектирования, выбора оборудования позволяет существенно снизить затраты как на этапе запуска, так во время эксплуатации.

  Реакторы для производства — это ключевые элементы оборудования, используемые непосредственно для выпуска продукции: проведения химических реакций, смешивания, растворения компонентов. Материалы реакторов, контактирующие с сырьем, с продукцией, должны быть устойчивыми к коррозии, соответствовать санитарным требованиям. Выбор типа реактора для производства бытовой химии зависит от характеристик производимого продукта:

1. объёма партии,
2. вязкости,
3. температурного режима,
4. агрессивности сырья и готового продукта,
5. пенообразования.

  Эффективный реактор должен быть оснащен системой автоматического управления, которая обеспечивает:

1. контроль состояния элементов,
2. регулирование температуры,
3. дозирование сырья,
4. регулирование процесса перемешивания,
5. отгрузку готовой продукции,
6. автоматическую мойку,
7. противоаварийную защиту.

  Указанные функции гарантируют стабильность, безопасность производственного процесса, заданное качество продукции.

 

  Автоматизация производства бытовой химии выполняется в несколько этапов, каждый из которых необходим для решения определенных задач.

1. На первом этапе проводится анализ технологической схемы, диапазоны физических параметров сред, сырья, готовой продукции, определяется перечень операций, подлежащих автоматизации.
2. На втором этапе происходит выбор структуры системы управления, оборудования, требования к программному обеспечению, интеграция с существующими линиями и оборудованием.
3. Третий этап – это комплектование и изготовление АСУ ТП, включая разработку программного обеспечения.
4. Четвертый этап – проведение монтажных работ на производстве.
5. Заключительный этап – пуско-наладочные работы, тестирование, обучение персонала, сдача в эксплуатацию.

  Все указанные стадии также выполняются при автоматизации производства косметики. Система автоматизированного управления должна соответствовать следующим требованиям:

• Обеспечивать заданные значения технологических параметров:
  1. Температур,
  2. Давления,
  3. Скорости перемешивания,
  4. Дозировки ингредиентов,
  5. Времени выполнения операций.
• Отвечать требованиям высокой надёжности, отказоустойчивости,
• Возможность интеграции с другими системами, такими как MES, ERP.
• Наличие понятного интерфейса для контроля, управления оперативным персоналом,
• Возможность архивирования данных, ведения отчётности для соблюдения нормативов и стандартов качества.

  В качестве примера можно привести внедрённую ООО «КУБТРОНИКС» автоматизированную систему управления технологическими процессами производства бытовой химии и косметики. Управление осуществляется с центрального поста с сенсорной панели, где оператор в реальном времени задает параметры, контролирует процесс, оказывает необходимые воздействия в случае нештатных ситуаций. Программное обеспечение предусматривает как режим ручного, так автоматического управления.

  Особое внимание при автоматизации уделяется обеспечению безопасности работы с реакторами для производства бытовой химии, поскольку они являются потенциально опасным оборудованием. АСУ оснащается соответствующим средствами измерения, управления, а также предохранительными механизмами с функцией аварийного отключения. При превышении заданных параметров система автоматически запускает алгоритм безопасной остановки, уведомляет оперативный персонал подачей звукового и светового сигналов, фиксирует значения параметров в журнале. Такие меры позволяют исключить возможность перегрева оборудования, утечек продукции, неконтролируемых реакций сырья, обеспечивая защиту как оборудования, так сотрудников.

  Существенное влияние на последующее эффективное функционирование АСУ производства косметики оказывает подбор используемых приборов. Например, свои особенности имеет решение задачи автоматизации функции контроля наличия продукта как внутри реактора, так в трубопроводах до насосов откачки продукта. Выбор соответствующего прибора решает эту задачу, гарантируя:

 

1. своевременную сигнализацию, отключение средств подачи сырья при наполнении реактора,
2. отключение насоса откачки готового продукта при отгрузке,
3. защиту циркуляционного насоса запуска при отсутствии сырья или продукта,
4. освобождает персонал от постоянного присутствия во время выполнения операций.

  Для указанных целей контроля сигнализатор наличия продукта должен учитывать следующие особенности технологического процесса:

• Выпускаемая продукция бытовой и профессиональной химии, косметики имеет различные значения электрических параметров (проводимость, емкость, диэлектрическая проницаемость), но при этом должна достоверно определяться.
• Не должно быть ложных срабатываний на пленку, образующуюся на приборах от вязких продуктов,
• Не должно быть ложных срабатываний на пену от пенящихся продуктов.
• Функционировать при температурах продукта до 80 градусов Цельсия.
• Быть стойким к воздействию кислотных, щелочных растворов, также разогретых до высоких температур.

  Выбранный нами сигнализатор позволяет настраивать различные пороги измеряемого параметра под различные среды и продукты. Кроме этого, возможность настройки диапазона срабатывания позволяет определить диапазоны значений, обеспечивающие гарантированное срабатывание для различных выпускаемых продуктов, исключая ложное срабатывание. Для проведения соответствующих настроек Заказчик системы автоматизации предоставил нам наиболее вязкое моющее средство для посуды и раствор для пенных вечеринок с наибольшим коэффициентом пенообразования.

  После серий испытаний мы смогли подобрать настройки прибора, которые исключают ложное срабатывание на пену и вязкую пленку, но при этом достоверно распознают наличие различных продуктов. В дальнейшем при проведении пуско-наладочных работ на производстве настройки приборов были подтверждены.

  Так как внедренные нами несколько АСУ бытовой химии имеют цифровые интерфейсы обмена информацией, то все они через вычислительную сеть были интегрированы в общую систему диспетчеризации предприятия. Система диспетчеризации также была разработана ООО «КУБТРОНИКС».

 

  Для тех заказчиков, которые ставят перед собой задачу купить оборудование для производства бытовой химии, немаловажным становится вопрос цены АСУ ТП. Стоимость систем автоматизации для производства профессиональной, бытовой химии и косметики определяется как стоимостью комплектующих, так трудоемкостью работ, то есть объемом и составом работ на отдельных этапах разработки, сборки, внедрения. Условно по сложности создания и увеличению функциональности можно выделить следующие варианты систем:

1. полуавтоматическое управление,
2. локальная автоматизация большинства функцией,
3. распределенные системы с централизованной диспетчеризацией,
4. полностью автоматическое производство с централизованным контролем.

  Необходимо учитывать, что требования к безопасности ведения технологического процесса, а также надежность применяемых средств автоматизации, существенно влияют на итоговый выбор оборудования и функциональность систем, что повышает итоговую стоимости АСУ бытовой химии. Это также необходимо учитывать при покупке оборудования для производства бытовой химии.

  Например, с точки зрения технологии нет необходимости устанавливать у каждого реактора разъединитель силовых цепей питания электродвигателя мешалки (фотография рядом), так как такой элемент с обратной связью в ПЛК о состоянии разъединителя увеличит стоимость. Однако, разъединитель обеспечивает безопасность персонала, работающего с реактором: даже в случае отказа АСУ производства косметики и бытовой химии или в случае несанкционированной подачи команды «Пуск» на мешалку, мешалка гарантированно останется выключенной. Оценить экономическую эффективность такого технического решения можно только с использованием методов риск-менеджмента. Чем ниже квалификация оперативного персонала, тем целесообразнее внедрение подобных технических решений, защищающих сотрудников.

  На примере выбора сигнализатора наличия продукта в трубопроводе, который мы используем в своих системах, можно показать влияние комплектующих и уровня автоматизации на итоговую стоимость АСУ производства косметики (бытовой и профессиональной химии), а также последующую окупаемость. Самый дешевый вариант реализации (не наш) – это не оснащать систему сигнализаторами контроля или устанавливать самые дешевые, что фактически равно первому утверждению. Если отсутствует контроль наличия продукта в трубопроводе до насоса откачки, то задача исключения работы насоса «на сухом ходу» (а значит ответственность за ее выполнение) лежит на оперативном персонале. В этом случае сотрудники предприятия, полагаясь на свой опыт, по дополнительным признакам, таким как: изменение звука работающего насоса, изменение вибрации, поступление продукта, изменение уровня продукта в реакторе - должны контролировать работу насоса. Для многих выпускаемых средств из-за наличия пены или высокой вязкости нет возможности достоверно визуально проконтролировать продукт в самом реакторе или в трубопроводе через смотровой элемент. Если из-за этого вовремя не остановить насос при отсутствии продукта, то итогом работы насоса «на сухом ходе» станет его выход из строя. То есть до момента устранения отказа насоса реактор не может эксплуатироваться, что окажет негативное влияние на экономические показатели предприятия.

  Автоматизация функции контроля наличия продукта, о которой мы описали выше, решает эту задачу, гарантируя исправность насоса, при этом дополнительно освобождает персонал от постоянного присутствия во время откачки продукта – что приносит существенный положительный экономический эффект во время эксплуатации.

  Такой же анализ изменения стоимости АСУ от внедренной опции и влияние этой опции на экономические показатели во время эксплуатации можно выполнить для остальных автоматизированных функций. Это важно учитывать, если вы хотите купить оборудование для производства косметики. Например, контроль дозирования воды при наполнении реактора освобождает персонал от нахождения у реактора в это время, то есть экономит рабочее время сотрудника. Такой же положительный эффект на экономические показатели предприятия оказывает автоматизация функции отгрузки продукта из реактора в промежуточные емкости или на линию фасовки. При этом не стоит забывать, что само внедрение функции увеличивает стоимость автоматизации в производстве профессиональной и бытовой химии.

  Как можно понять из приведенных выше материалов, цена АСУ для производства бытовой химии и косметики зависит от множества факторов и условий, которые должны быть согласованы между заказчиком и разработчиком системы в самом начале работ. Такое согласование должно основываться на экономическом расчете или опыте практического применения.

  Опыт внедрения АСУ для производства профессиональной и бытовой химии и косметики производства ООО «КУБТРОНИКС» показал, что на предприятии в 4 раза повысилась производительность труда оператора и в два раза повысилась производительность цехов, что в условиях дефицита кадров оказало существенное положительное влияние на экономические показатели предприятия.