应用缓冲系统优化包装效率

为了应对目前药品生产所固有的成本和生产率的挑战，必须保持包装效率。包装线必须运行在zui合适的水平和状态，尽可能减少停工期，尽可能按计划或其他要求进行。而累积缓冲器系统为制造商解决这个问题就提供了明确的解决方案。
累积缓冲器系统是临时性的存储空间，它使得在包装线某个部位发生阻塞或停工时，产品流动依然继续。使用该系统，如果包装线上的中断在短时间内得到解决（一般在几分钟内），产品可以自动地回到产品流中。
该系统可以安装在包装线上的不同位置，取决于哪一个操作步骤zui容易产生阻塞。通常安装在贴标机前面，与包装线上其他设备相比，它在过去几年里，发生了更多的停工事件。如今，多数制药厂的包装线上至少装有一个缓冲器系统。
安装和使用一个缓冲器系统的成本并不低，但在多数情况下，这种投资很快可以得到回报。由于缓冲器系统将单一连续的流程分离开来，从而zui大程度地提高了每个机器的性能，并促进了产品流动的连续性。所以，尽管该系统不像灌装机和压盖机那样直接进行包装操作，但它通过促进平衡生产和增加产量，为包装线也增添了价值。通常，对缓冲器系统的误解是它掩盖了包装线的无效劳动，然而事实上却是提高了效率。
　　本文讨论了多种可以应用的缓冲器系统，为企业实施各自的缓冲器提供了建议，以检验缓冲器系统是否实用或有益。另外，本文还提供了一个案例研究，即在一个制药厂进行了一个成功的缓冲器系统分析。
　　
缓冲系统的分类
　　可以应用的累积缓冲系统有几类，每一类具有不同形状、要求、性能、优点和缺点。它们取决于产品的尺寸、形状以及在包装线上的定位，包装线的速度以及累积要求。主要分类包括：内置连续累积（弯曲的和拉伸皮带系统）；批处理变址累积(垂直的和水平的)；随机连续累积（双向逆流的和转盘的）。
　　另外，缓冲系统可以依据产品流动进行分类：先入先出(FIFO)系统保证zui先进入队列的产品zui先离开。通常，先入先出(FIFO)系统底座小，与其他缓冲器配置相比，占用厂房空间少。该系统可使产品具有可数性（即批号和生产时间），以便在日后进行跟踪；在先进后出(FILO)系统中，产品按照与它们达到队列的相反次序离开。先进后出缓冲系统可以在水平的或垂直的方式中使用；大多数普通系统是以先进随机出(FIRO)的方式运作的。通常在转盘方式中，先进随机出(FIRO)缓冲器不是以双向方式，就是以逆流方式运行。当然，该缓冲系统不提供产品的可数性或先后顺序。

缓冲系统的研究
　　要确定一个缓冲系统是否提高了效率和生产量，投入是否经济合理，以及评估该系统的zui佳能力、位置和速度，对其进行深入的研究是很必要的。
　　缓冲系统研究的*步是识别计划的停工期和没有计划的停工期。企业必须考虑预定的停工期，例如，改变标签卷或容器密封机的带卷，识别生产线上的每一件设备的活动、持续时间和周期。
由于机器阻塞或崩溃而造成的非预定停工期是难以预测的，因此也是难以评估的。缓冲分析应该对生产线进行全面的观察，并收集有关正常状态和阻塞频率的历史数据。保证zui小的功率也可以用来作为识别停工期持续时间和频率的依据。对于新购买的设备，OEM会提供设备理论或历史上的停工期作为参考指南。
　　随后，现场收集的数据被输入一个已经准备好的算法中，以便产生所有设备的累积仿真图表。全面的缓冲分析将使包装商明白在缓冲系统上的投资是否划算。通常，如果一条包装线的停工期大都比较短，而且缓冲系统能够调节这种短期停工，缓冲系统的投资就是划算的。如果一条包装线的停工期大都超过10分钟或更长时间，缓冲系统就难以保证其投资的合理性。包装线案例分析
　　下述案例分析介绍了一个药片包装线对累积缓冲系统的需求过程。该包装线由自动推送台、装填器、棉塞机、金属探测器、压盖机、电磁感应封口机、瓶盖加固机、贴标机、重量检测器、装箱机、码垛机组成。包装线zui初的情况如下：运行速度是240瓶/分钟(BPM)；在一个420分钟的班次内，生产72250瓶；停工期未知。这条包装线的生产速度是168瓶/分钟(BPM)，即使没有明确的包装线中断数据，但从运行速度和生产速度之间的巨大差异，很容易看出停工期是值得关注的。因此，缓冲分析是有必要进行的。
　　缓冲分析首先要观察包装线一个班次，询问操作员并分析有用的数据。所做的观察如下：包装线的重点是使装填设备运转在zui佳状态；包装线上惟一具有预定中断的设备是贴标机；贴标机前非预定的中断是zui小的；贴标机有三个不同的中断：换贴标机卷（预定的），进料器盒阻塞（非预定的）和更换背后带卷（预定的）；装箱机有一个非预定的中断：装填系统中的产品堵塞；码堆机有一个非预定的中断：自动机械臂没有拿到产品。
　　基于上述信息，分析者预测zui佳的缓冲位是在贴标机之前的某个地方，这样，无论何时贴标机发生中断，一级包装线（从贴标机到瓶盖加固机）就能继续保持运转。为了验证这个设想，分析者为包装线上的每一个设备都做了一个累积仿真图表，并使用从原始设备制造商得到的历史数据和信息。
　　
　　图1表示的是一个装箱机累积仿真图表。只有一个非预定的中断（装填系统中的产品堵塞），持续3分钟，故障之间的平均时间是150分钟。水平轴以分钟表示全部的当班时期（从开始到结束），垂直轴表示输送给装箱机累积产品数量。
　　一直到*个中断（*个顶点），流动是稳定的，因此输送给装箱机的产品没有累积。明显的上升斜面表明输送给装箱机的产品正被累积，这也表明装备的*个停工期（3分钟）。顶点之后向下的斜面表明中断已经解决，装箱机又开始工作了。
　　顶点也表明在中断时产品累积的zui大数据是700瓶。对这个特定的装箱机而言，速度的变化范围在运行速度200瓶/分钟到zui大速度240瓶/分钟之间。假设40瓶/分钟的差距，要使装箱机消耗完累积的产品并恢复到稳定状态，需要17.5分钟。装箱机累积仿真图表表明，在装箱机以每分钟200瓶的速度工作时，所需的zui大缓冲能力是700瓶。

图2是一个贴标机累积仿真图表，并描述了三个不同的中断：预定的贴标机卷筒更换（黑线），一个非预定的进料器盒阻塞（红紫线）和预定的出料带卷筒更换（蓝绿线）。它也表明了由于这些中断而造成的输入给贴标机的累积产品的数目。
　　图3显示了贴标机之前的缓冲累积仿真，它也包括了二级包装线——贴标机、装箱机和码垛机的设备信息。将有关设备综合到一张图表上，也使分析者可以仿真某一点之前的缓冲需求。该图表明所需的zui大缓冲能力是1000瓶。在200瓶/分钟的运行速度下，缓冲区有能力吸收所有因中断累积的产品。
　　图4表明在一个非zui优化的速度下，缓冲区的产品是如何进行累积的。在235瓶/分钟的速度下，在235瓶/分钟和240瓶/分钟之间有一个动态速度区间。仅仅这5瓶/分钟的差别，意味着缓冲区没有能力在两次故障发生之间消耗完停工期所累积的产品。在累积超过1000瓶之后，可以看到累积水平从未返回到零，却随时间在增长。
　　为了验证结果是否正确，分析者计算出了包装线运行在每分钟235瓶时的理论生产量。图4表明，包装线的停工期大约是127分钟。包装线的总产量是293分钟总运行时间（一个班次420分钟减去127分钟的停工期）乘以235瓶/分钟。总产量（68855瓶）除以总时间（430分钟），等于160瓶/分钟，非常接近168瓶/分钟的实际生产能力。
　　基于此次缓冲研究的结果，分析者对制造商提出了几条建议：将缓冲区定位在贴标机的前面；设置一个缓冲能力在1000瓶的缓冲区；将包装线的运行速度降到210瓶/分钟。依从上述建议，包装线的预期收益如下：保守估计，可以增加20%的生产能力，从168 瓶/分钟到200瓶/分钟；由于运行速度提高了32瓶/分钟，每班次可以多包装13760瓶（32 x 430）。

收益和
假设包装商在缓冲系统上投资约100000美元，不出6个月就可以看到回报。案例研究表明，采用缓冲系统是优化药品包装的经济有效的方法。将中断进行旁路，可以保证生产流的连续进行，防止产品和质量损失。同时，通过紧凑的设计和结构，该系统也优化了空间的利用。
　　决定一个累积缓冲系统是否能够提供一个正确的解决方案，或者是否存在能够引起生产问题的严重的设计或设备缺陷，进行深入的缓冲研究是至关重要的。厂商应该与知识丰富的物料搬运系统集成商相互协作，生产适合具体用户需求的缓冲设备，而且要有很好的扩展性，能够适应新产品包装的需要。