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食品飲料業產業擁抱數位化 有助釋放工業4.0製造潛力

食品業將進入大規模的客製和隨選的食品零售,數位化有助解決此一趨勢。Siemens

對於工業4.0或製慧生產的導入,傳統食品和飲料產業製造商常會猶豫,擔心導入先進製造技術會破壞原本已經優化的生產線。西門子(Siemens)數位產業、食品和飲料自動化部門主管Keith Thornhill指出,少量多樣化的趨勢也將吹向食品飲料業,目前正是製造業擁抱智慧工廠的好時機。

根據New Food Magazine報導,在傳統麵包製造商常見的事例中,麵包的自動切片機和包裝機的輸送帶上,線上工人發現產品出現問題,經調查顯示,由於該夜晚天氣氣溫驟降,工廠室內溫度急遽下降導致麵團未能達到34度的最佳溫度,因此整批貨都必須銷毀,早上的交貨延遲,讓客戶非常不滿意。

傳統烘培業利潤低,可能常遇見上述狀況,業者會把此狀況歸咎於運氣差,而繼續沿用過去常使用的製程方法。但是有1種方法可以確保產品品質更好的一致性,例如消除輸送帶的碰撞、防止機器故障造成的停機時間、將能源成本降低30%、溫度和時間能自動地配合周圍環境而不破壞整體操作。

製造業的這種技術事實上已經存在,但食品和飲料產業沒有充分地發揮這種潛力,抵制的理由是可理解的,對於已被視為是高度優化的生產過程可能產生的破壞,是主要反對意見之一;對於投資回報缺乏有力的保證,並擔心員工技能無法最大化該技術的投資;當企業開始遠端監控設備和接合各個設備以獲取大數據時,擔憂網路安全問題;當產品導入「食物鏈」,防止竄改是至關重要,擁抱更多數位化製造方法,製造商擔心會失去「品牌遺產」(brand heritage)或是遺棄了傳統。

實際情況是,食品製造商一旦投入主要的設備監控工具,這些工具即可計算在哪裡可以提高生產力、在哪裡可以降低能源成本、如何透過預測性維護來減少停機時間,數位化將讓生產變得更清晰。

食品業將進入大規模的客製和隨選的食品零售,數位化有助解決此一趨勢,例如新產品的研發在傳統步驟上需考量配方的研發階段,還需考量生產、包裝和分銷在商業上可行的規模有多大等所帶來的挑戰。每小時能賺多少?需求是什麼?在足夠的利潤下該產品是否還能賺錢?此外還將涉及包裝設計、標籤(labelling)、品牌化和其他的財務風險和後勤等問題。

數位化可透過視覺化每個階段來精簡整個過程,例如測試和批准(ratify)不同的選項,對商業模式進行壓力測試,以及制定罪有效率的端對端生產過程。此即為「數位線程」(digital thread),貫穿生產開發周期的每一部分。有助於企業根據可靠的數據做出決策。

工業4.0對食品和飲料產業的另一重要影響是法規遵從和產品來源。含有高水平的糖、無酒精飲料和烘培食品的產品都受到嚴格的監督,從標籤和品質控制來看,食品過敏原(food allergens)在食品和飲料業是重要的議題,這些問題可以影響生產過程的各方面,例如為了降低糖而重新開發配方、鹽和脂肪含量程度,到確保每一批的生產都可以根據成分來源來進行跟蹤和追蹤。

為了即時回應規定,製造商必須敏捷反應。例如當一個企業必須對糖稅(sugar tax)做出反應時,必須開發出新的配方,同時也必須保持口味的一致,以保持顧客的忠誠度。雖然焦點是在廚房的開發,但少有人有考慮到新的低糖產品如何在既有的生產線發揮正確作用,熔點可能變低、黏度可能不同、固化時間可能變長。突然間,流暢的管道可能變成堵塞,固化時間增加導致單位成本提高,隨後的生產延遲也對客戶產生影響。

然而使用數位雙生(digital twin)可以讓製造商先在虛擬工廠生產低糖版本的產品,更準確地描述出新配方將如何反應,企業要如何調整現有系統。

Kinnerton位於Norfolk的雞蛋工廠最近與西門子合作,其舊有生產系統採用多種技術,其中一些技術老化且難以維護。尋求的解決方案是開發了完全整合自動化方法(TIA;Totally Integrated Automation),使用一系列監視器將Kinnerton生產線不同組件整合在單一的運動控制系統(motion control system),為Kinnerton首次提供整個生產過程的實時圖像。

新系統可以更清楚地看到他們在哪裡有能量(capacity)、為何有出現瓶頸、為何有些生產過程不同步(out of sync)。他們得以將生產率提高15%,Kinnerton不認為這就是擁抱工業4.0,而只是認為印有西門子的聰明盒子正在對其生產線產生優化作用。

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