Переход от выборочного контроля к тотальному контролю. Экспресс-контроль качества продукции на производстве

В настоящее время в лабораториях все больше используют экспресс-анализаторы, позволяющие осуществлять анализ образца без пробоподготовки за несколько десятков секунд. Они намного облегчают жизнь лаборатории в условиях большого потока проб, однако все равно тратится время на пробоотбор, доставку образца в лабораторию, анализ и передачу результатов в систему контроля качества. Но даже в таких условиях обеспечить тотальный контроль продукции невозможно.

В первую очередь отметим, что тотальный контроль предполагает переход от контроля в лаборатории к контролю в потоке, непосредственно в линии, в танке или посредством конвейерной ленты.

Преимущества технологии контроля в потоке

В современных условиях важно не просто произвести продукт, а произвести его с минимальными потерями. Поэтому основная цель, которую преследует предприятие, запрашивая систему контроля в потоке, это возможность оперативно реагировать на изменение процесса производства и тем самым, избежать потерь из-за отбраковки партии или возврата продукта на переработку.

Нужно отметить, что контроль технологического процесса никогда не заменит лабораторные методы анализа, а только будет дополнять их. Система позволяет перейти от выборочного контроля к абсолютному. Технолог получает результаты каждые 10-15 секунд, контролирует процесс в режиме реального времени и имеет возможность повлиять на процесс еще до розлива или фасовки.

Какие продукты и показатели позволяет отслеживать система онлайн контроля?

Подобрать и настроить датчик можно на любой молочный продукт, если это необходимо (рис. 1). По сути, система онлайн контроля отличается от лабораторного оборудования экспресс-контроля тем, что кювета (датчик) вынесена на расстояние оптоволокна к требуемому месту анализа. Определяемые физико-химические показатели – массовая доля жира, белка, лактозы, сухих веществ, сахар и другие. Кроме основных физико-химических параметров мы можем определять и такие физические показатели как плотность, вязкость, рН.

Помимо количественного анализа возможна настройка системы на качественный анализ. Это часто используется в тех случаях, когда датчик встроен в линию, где постоянно идет один и тот же продукт заданного качества и производителю достаточно подтверждения, что качество продукта постоянно. Для этого заранее снимают библиотеку эталонных спектров, чтобы в дальнейшем процессе производства, спектры образцов с потока сравнивать с эталонными. Качественный анализ незаменим в тех случаях, когда нет возможности построить калибровку из-за отсутствия диапазона изменений показателя, например, при постоянной массовой доле жира.

Рисунок 1.

Устройство системы

Онлайн анализ реализуется на базе ИК-Фурье спектрометра Master 10-D (рис. 2).

Рисунок 2.

Это аналог лабораторных ИК-Фурье спектрометров, только инфракрасное излучение выводиться на оптоволокно. Анализатор выполнен в пыле\влаго\виброзащитном корпусе, специально для работы в условиях производственных помещений. Помимо этого спектрометр, чаще всего, помещается в специальную термостатируемую промышленную стойку, что положительно сказывается на воспроизводимости измерений и повышает точность. От прибора ИК-излучение, по специальному кварцевому оптоволокну, идет к датчикам. Длина оптоволокна, при необходимости, может достигать 100 метров и более. Датчики могут быть различного типа: для жидкостей или твердых, пастообразных продуктов, погружные или бесконтактные. Они подбираются под конкретный продукт и абсолютно под любые условия измерений (рис. 3).

Рисунок 3.

Из нашего опыта, в пищевой промышленности, чаще всего оказывается востребованным бесконтактный датчик, который можно установить над конвейерной линией или прикрепить через специальный адаптер к емкости либо трубе (рис. 4). Датчик не касается продукта, что позволяет соблюдать нормы безопасности и, например, беспрепятственно осуществлять промывку танка и трубы. Твердые и сухие продукты анализируются на расстоянии 10 см от поверхности датчика, который может быть установлен над/под конвейерной линией.

К спектрометру Master 10-D можно одновременно подключить до 6 различных датчиков, таким образом, обеспечив контроль 6 разных продуктов. При необходимости на каждый оптический канал можно поставить мультиплексор и сделать разветвление еще на 6 точек (до 36 точек в общей сложности), но в итоге получится сложная и громоздкая система. Поэтому, в случае, когда нужен контроль более 6 точек, мы рекомендуем поставить второй прибор.

Рисунок 4.

Особенности эксплуатации

Оборудование требует минимального технического обслуживания. Единственным расходным материалом является источник излучения, который рассчитан на 9000 часов непрерывной работы (более 1 года). Все необходимые процедуры по диагностике и обслуживанию предприятие может осуществлять собственными силами, без привлечения наших специалистов. Спектрометр постоянно опрашивает все свои модули и выдает отчет в управляющую программу. Обслуживание датчиков также не требует особой квалификации.

Приборы внесены в реестр и поверяются как обычные средства измерения один раз в год. Поверку калибровок осуществляет пользователь согласно программе производственного контроля: производство отбирает несколько десятков проб, лаборатория делает анализ по ГОСТу и результаты сравниваются с данными онлайн. В случае отклонений предприятие проводит корректировку калибровок.

Калибровки

В отличие от лабораторного оборудования калибровки для онлайн системы индивидуальны, так как зависят от типа датчика, длины оптоволокна, характеристики продукта (температура, скорость потока и другие). Обычно мы берем за основу калибровки с лабораторного спектрометра и дополняем их данными с потока. Все это входит в программу запуска системы.

Процесс калибровки требует основательной работы со стороны заказчика, так как анализы делает он. Работа специалистов компании заключается в расчете калибровочных моделей. При желании и необходимости мы обучаем представителей предприятия работы с программным обеспечением, обслуживанием оборудования и расчетам калибровочных моделей. Кроме того, компания предоставляет год бесплатной методический поддержки. По статистике, 50 % наших пользователей занимаются калибровками сами, остальные оставляют эту работу нам.

Программное обеспечение прибора

Это специальная программная оболочка, которая управляет процессом измерения. В так называемый “сценарий” записывают с какой периодичностью будут опрашиваться датчики, какие подключены калибровки и в каком виде будут отображаться данные, что будет передаваться в АСУ. Значения контролируемых показателей можно просматривать либо в виде числовых результатов, которые постоянно обновляются, либо в виде трендов.

Технологи предпочитают второй вариант, отражающий зависимость показания от времени. Здесь же можно задать пределы допуска с сигнализацией отклонения от заданных параметров. Данное программное обеспечение поддерживает все существующие форматы и протоколы обменов данных, что позволяет передавать показания в заводскую систему управления процессом.

Реализация системы онлайн-контроля на предприятиях различной мощности

В первую очередь задачи оснащения производства системой онлайн контроля перед нами ставят большие производства. В данном вопросе мы больше работаем с технологами, которые видят перспективы такого типа анализа, позволяющего уйти от запоздалого лабораторного анализа. Идеально, когда системы онлайн контроля закладывают на стадии проектирования завода. Но встроить оборудование в уже запущенную линию также не представляет больших трудностей. В любом случае это процесс, который требует взаимодействия многих служб – технологов, лаборатории, службы КИП и АСУ, и конечно, наших специалистов.

Экономическая эффективность и перспективы внедрения потокового анализа в производство

Срок окупаемости такого рода оборудования 2–3 года. Все зависит от объемов производства и задач, которые ставят перед нами. Повышение эффективности производства, уменьшение количества потерь, оптимизации расходов – это факторы, которые делают измерение в потоке все более востребованным.

Мы активно продвигаем идеи поточного анализа на российский рынок. Для наших производственников это новый этап в производственном контроле, хотя в Европе, Америке, Китае это очень популярная тема.

Внедрение потоковых БИК-анализаторов — это не просто технологическое обновление, а стратегический шаг к повышению рентабельности, который для российских предприятий открывает возможность выйти на новый уровень эффективности и конкурентоспособности, особенно в свете курса на импортозамещение и автоматизацию.

Материалы для публикации предоставила генеральный директор ООО «Бентли Инструментс Рус» Полина Фомина.