连续制造解释：如何建立和维护连续生产系统

制造商使用各种生产设置来提高批量生产的效率。连续生产系统代表了其中一种设置，具有明显的优势、挑战和维护要求。

什么是连续生产？

连续生产，也称为批量生产，是三种主要制造方法之一——另外两种是批量生产和批量生产。它用于制造大量变化很小的产品，并依赖于高度标准化的流程、流程顺序、工具和设备。

在连续生产系统中，物料不间断地流经一系列操作，优化和恒定的物料处理。自然，劳动力必须24/7 轮班工作。这是管理质量问题和产品浪费的唯一方法。

不同行业的条件生产示例

连续生产系统用于可以最大限度地发挥连续生产流程优势的操作。下面是一些具体的例子。

汽车

汽车制造商以流程生产而闻名，丰田印度尼西亚制造设施是连续生产的一个很好的案例研究。由三个集成工厂组成，这些设施合二为一，铸造金属、冲压、制造发动机、组装车辆和包装——这是一个长期而复杂的连续生产应用示例。

药品

制药公司以批处理而闻名。然而，许多已经开始转向连续生产。

该制造系统在连续生产流中从原料粉末生产包衣片剂。它允许多个连续的辊压或湿法造粒流，为客户的需求提供专门的解决方案。葛兰素史克最近在新加坡开设了两家新的连续制造工厂，并在投资 9500 万美元后扩建了第三家。

采矿和金属

采矿和金属行业使用连续生产来提取和转化原材料。作为铝生产的全球领导者，力拓开采矿物铝土矿，并将其转化为氧化铝，这是铝的关键成分。它被送到铝冶炼厂转化为金属。

氧化铝精炼工艺——来源： Aluminimum.org.au

生物技术

生物技术使用生物体和分子生物学来生产各种产品，包括基因组学、食品生产、医药和生物燃料。 2019 年，赛诺菲开设了世界上第一家使用集约化、连续生物制剂生产来生产治疗产品的数字化设施。

连续过程与批量制造

许多中小型制造商从加工车间开始，生产各种定制产品，一个人或一个团队在开始下一个产品之前从头到尾制造产品。

随着业务的增长，他们需要关注效率。从本质上讲，他们需要决定采用哪种类型的制造工艺。该决定基于产品需求、原材料状态和可用资源等因素。

讨论通常归结为批量制造与连续制造，因此值得花一分钟时间了解差异。

批量生产过程

批量制造使用停止/开始制造过程，其中产品按组或批次制造。这样的生产可能是：

1. 需求导向： 由于特定产品所需的生产量较小
2. 以质量为先： 由于需要严格检查产品符合性以制定标准

批次之间的时间段称为周期时间，它有助于材料规格、过程调整或维护干预所需的任何更改。

由于工作可能会在工作站之间转移，因此机器故障对批量制造的影响较小。它还通过最大限度地减少废料数量来限制质量偏差造成的经济损失。然而，较低的机器利用率可以抵消质量和操作灵活性方面的收益。

连续制造过程

连续生产不会停止，原材料和在制品都在不断运动。传送带和管道成为移动存储设施，减少仓储和储存要求。

推动连续生产的部分原因是该过程的资本密集度需要高机器利用率来缓冲更大生产量的成本。然而，许多过程本身不能停止和重新启动，而不会招致严重的惩罚（存在悬浮固体沉淀或管道和储罐中材料结晶和硬化的巨大风险）。

频繁停机还会增加设备的循环时间、热循环和压力循环，增加疲劳并缩短其使用寿命。

与批量生产不同，连续生产设施的维护和设备升级将每年进行 - 最好。有的工厂运行2-3年不停机，高炉等高温转化系统5-10年不停机运行。

连续制造的利弊

我们在解释过程时已经谈到了一些优缺点，但让我们将所有要点系统化到一个地方。

连续生产的优势：

• 严格的过程控制和监控确保一致的产品质量 .
• 利用原材料的准时交付和制造序列的平衡减少在制品。这降低了业务风险并提供了财务收益，例如增加流动性和改善现金流 .
• 减少材料处理和存储区域 降低工厂建设资本成本和材料处理投资要求。
• 材料成本控制得到简化 .
• 鉴于连续生产的资本密集度，高生产率的资本成本摊销允许降低单位资本成本 .

连续生产的缺点：

• 连续流动的过程需要产品的标准化，锁定一种刚性，这使得更难定制产品 以满足不断变化的客户需求。
• 顺序生产流程的相互依赖性降低了容错能力，单个 设备故障 停止或造成严重干扰 到产品数量。
• 持续生产对需求敏感。用于对产品有很高或持续需求的地方，几乎没有能力调节生产流程 当需求减弱或下降时。
• 对先进、昂贵且通常是定制设备的投资使生产过程资本密集型 .
• 具有库存过剩的高风险 以防下游中断。

如果这还不是很明显，连续制造的挑战之一就是其独特的维护要求。作为具有单点故障且需要 24/7 全天候运行的系统，连续生产需要经过深思熟虑的监控和维护计划。

连续生产工厂的维护要求是什么？

鉴于连续制造的复杂性、关键性和 24/7 的性质，工厂和流程设计、维护理念、战略、战术和运营干预需要认真考虑。

设施设计注意事项

上述考虑通常只有在工厂建成并雇用操作人员之后才会发生。为了提高连续生产工厂的可维护性，应在制造资产/工厂的设计阶段进行工程和维护评估。

通过每年最多计划维护干预，单个设备的服务可靠性应该被纳入推动采购建议的总拥有成本 (TCO) 决策中。

同样，应该对流程进行 FMECA 研究，以推动有关工厂布局、设备冗余评估和备件库存的决策。

维护理念考虑

维护理念需要深思熟虑。强烈建议在采用一种或多种维护策略和技术之前执行以可靠性为中心的维护。

一些制造商可能还想研究全面的生产维护和以业务为中心的维护。它们都具有许多有趣的实践，其中一些可能非常适合您的运营需求。

一般而言，关于反应性、预防性、基于条件和预测性维护的战略决策将从 RCM、FMECA 研究和维护理念选择演变而来。

在连续生产设施中，预防性维护通常发生在提供系统冗余的并行过程中。鉴于维护停机的频率不高，基于状态的维护实践将构成策略的主体。预测性和规范性维护将针对因停机或维护而产生高成本的资产。

技术考虑

RCM 以及预测性和规范性维护需要广泛而全面的数据收集、存储和分析。

除了专业软件，公司还可以使用现代 CMMS 系统来管理来自连续生产资产的状态和性能数据。在此之前，必须对资产进行改造或配备适当的传感器设备。

通过深入了解维护功能，CMMS 减少了对反应性维护干预的需求，这可能会对连续生产系统产生过高的成本影响。

结合预测性维护分析，CMMS 用户可以查看恶化趋势以预测资产何时会发生故障。这样，维护计划人员和管理人员就有充足的时间来分配必要的资源和安排维护 – 这在连续制造的背景下非常有益。

操作注意事项

计划停机时间相距甚远，而且此类停机的时间长短有很大的时间压力。这会使维护人员配置的决策变得严重复杂。

您应该在内部进行维护还是全部外包？这在很大程度上取决于合适的合格承包商的成本和可用性。这是一个非常重要的决定，因为它直接影响您的备件库存规模、确保对专用工具的访问以及其他内部资源的安排。

最后，技术过时和设备升级也需要仔细考虑，以确保它们得到适当的计划、资源和调度。

安全注意事项

虽然安全是所有维护干预的关键组成部分，但连续生产设施的维护停机需要额外的计划。在严格的时间限制下，超出计划关闭期限的经济压力造成了商业压力。

安全事故和设备故障有什么共同点？它们通常都是由人为错误引起的。当你匆忙时，这些错误更有可能发生。

那不是全部。连续生产系统的计划维护停机将需要多个交易彼此靠近或上下工作。

由一个维护团队进行的测试必须与该地区的其他人一起仔细编排，以避免接触移动设备、电力或储存的能源。工人遵守 LOTO 指南和其他安全程序至关重要。

<块引用>

在维护停机期间，化工厂等连续生产设施将有额外的安全问题需要解决。一些化学品需要连续循环、搅拌或加热——即使在停机维护时也是如此。升级或更换的搭接或插入将使维护人员面临危险。此类维护期的规划通常会提前数月甚至数年开始。

如何建立连续生产系统

由于大型连续生产设施的资本密集度和复杂性，规划和准备是关键。然而，即使是寻求从工作或批量生产转向连续生产的中小型制造商也需要认真思考。

为这样的设置启动项目思维是很有用的。

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1) 可行性阶段

由对生产有深入了解的个人领导，应计划可行性阶段并通过跨组织代表提供资金。规划阶段涉及的关键角色包括生产、工程和维护、财务、质量和安全人员。

2) 规划阶段

所需的决策将从驱动设备选择的制造理念开始。大批量高度标准化的产品允许选择或制造专业或单一任务设备：

• 是否有设施可以使用多角色设备来提供冗余或备份？
• 产品规格或客户要求发生变化的可能性有多大？

这些决定通常需要在现在的资本支出和未来的潜在运营支出之间进行权衡。

控制和监控策略在连续生产中至关重要，在生产线中保持质量可以通过警报或建议及时干预，确保一致的规格输出：

• 如何进行抽样？
• 使用过程分析技术 (PAT)，过程测量是否会利用传感器来测量过程本身的性能属性或软件可能转化为所需属性的过程中原材料质量？
• 抽样是在线、在线还是离线进行？

每一次选择都会推动技术和人员决策，降低不合格产品的风险。

3) 实施阶段

当一切都被规划出来后，剩下的“唯一”要做的就是让事情动起来。建立制造工厂本身就是一篇文章，所以我们甚至不会在这里尝试解决这个问题。

在实施阶段，重点关注设备的互连性和您使用的技术。生产、存储、跟踪和分析资产数据的能力将是优化生产过程的关键。

您的维护软件应与资产状况和性能数据、预测分析以及库存和规划系统相关联。这样，维护停机前的准备工作将确保工作负载均衡、技能需求识别、备件可用性以及正确的维护和升级任务调度。

总结

连续生产依赖于流程、程序、工具和设备的高度标准化，生产出大量几乎没有变化的产品。

由于材料在一系列操作中不断移动，并且员工 24/7 全天候工作，因此停工导致的成本增加、质量问题和产品浪费需要全面的设计和维护考虑。

由于设备停机时间仅限于不频繁的维护停机，因此综合维护策略的设计（通过使用现代计算机化维护管理系统进行有针对性的数据收集和分析）是创建可持续连续生产系统所需的最少组件。

连续生产设施的维护停机总是高压事件。

我们对我们自己和我们的员工有责任确保我们采用的必要设计、规划和调度流程支持专业、有效和安全的活动，恢复预期的可靠性和性能标准，最大限度地降低总拥有成本并最大限度地提高设备性能。