茶飲料生產(chǎn)線實(shí)習(xí)報(bào)告

1、工業(yè)工程系“模范工廠”實(shí)習(xí)報(bào)告茶飲料連續(xù)生產(chǎn)線、離散裝配生產(chǎn)線、浪費(fèi)和能源消耗【實(shí)習(xí)報(bào)告簡介】工業(yè)工程系“模范工廠”(李兆基科技大樓B2層BD-221房間)是中國第一家模范工廠，由清華大學(xué)與麥肯錫共同建立，旨在結(jié)合清華大學(xué)在人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢(shì)和麥肯錫在實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)，打造實(shí)境式學(xué)習(xí)平臺(tái)，幫助學(xué)員有效地掌握精益和綠色運(yùn)營的核心理念與方法，培養(yǎng)企業(yè)運(yùn)營管理的領(lǐng)軍人才。中國模范工廠由機(jī)加工生產(chǎn)線、離散裝配生產(chǎn)線和連續(xù)流(冰茶)生產(chǎn)線構(gòu)成，可以體現(xiàn)勞動(dòng)密集型、資本密集型及連續(xù)流程類行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)。適用于從汽車及其零部件、裝備制造、航天航空、基礎(chǔ)材料、電子生產(chǎn)到紡織、食品等行業(yè)的生產(chǎn)和物流管理等運(yùn)營主題

2、的模擬學(xué)習(xí)。2016年7月7日，在彭老師的帶領(lǐng)下，我們參觀學(xué)習(xí)了工業(yè)工程系“模范工廠”，重點(diǎn)學(xué)習(xí)了茶飲料生產(chǎn)線生產(chǎn)流程、問題發(fā)掘及系統(tǒng)優(yōu)化，同時(shí)也了解了關(guān)于離散裝配生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程，以及工業(yè)工程能源消耗與優(yōu)化問題?！?·茶飲料連續(xù)生產(chǎn)線】1. 茶飲料生產(chǎn)線生產(chǎn)流程：茶飲料生產(chǎn)線生產(chǎn)流程流程圖工業(yè)工程系茶飲料生產(chǎn)線生產(chǎn)流程簡述：自來水進(jìn)料進(jìn)入原水罐(200L,TK8)，原水罐的水由原水泵經(jīng)過砂過濾、碳過濾，再經(jīng)過軟化器、精密過濾器、反滲透系統(tǒng)基本完成物理的初步水處理過程，然后水進(jìn)入純水罐（200L,TK9）。純水罐中的一部分純水經(jīng)泵P7(380V,1.5KW)進(jìn)入熱水罐(200L,TK

3、1)中進(jìn)行萃取預(yù)熱，一部分純水進(jìn)入電熱蒸汽發(fā)生器(380V,36KW)，加熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽一部分進(jìn)入熱水罐，對(duì)進(jìn)入熱水罐的純水進(jìn)行預(yù)熱。熱水罐的水經(jīng)泵P1(380V,1.5KW)進(jìn)入萃取罐(50L,TK2)。萃取罐中熱水與茶葉進(jìn)行攪拌萃取(萃取過程進(jìn)行10分鐘，液體流出10分鐘，每小時(shí)產(chǎn)生萃取茶液150L)。萃取罐中的茶葉經(jīng)泵P2進(jìn)入濾器(FR1,FR2)濾掉部分茶葉殘?jiān)瑸V液在一號(hào)板與冰水機(jī)(380,4.5KW)產(chǎn)生的冷水進(jìn)行熱交換冷卻后的茶液進(jìn)入三足式離心機(jī)(380V,1.5KW)充分分離剩余少量固體物質(zhì)，得到純凈的茶液，進(jìn)入集汁槽(50L,TK3)。集汁槽的茶液經(jīng)泵P3(380V,1.5

4、KW)進(jìn)入緩沖罐(100L,TK4)固體添加物物料加入膠體磨(380V,1.1KW)，磨成粉末后進(jìn)入調(diào)配罐(110L,TK9)，與緩沖罐中的所來茶液混合調(diào)配成所需的茶飲料所得茶飲料經(jīng)泵P5進(jìn)入過濾器(FR3)過濾掉膠體磨中加入的固體物質(zhì)，過濾后的茶飲料進(jìn)入平衡罐(200L,TK7)中與純水混合平衡調(diào)配適宜濃度的茶飲料(300L/H)平衡罐中的茶飲料出來經(jīng)泵P6(380V,1.5KW)進(jìn)入板式殺菌機(jī)(300L/H)中由125的高壓水蒸氣滅菌處理滅菌后的茶飲料經(jīng)過熱交換冷卻后進(jìn)入4個(gè)儲(chǔ)罐(100L,TK10-13)300L/H茶飲料中試線工藝流程圖茶飲料生產(chǎn)線流水線示意圖主要裝置實(shí)物圖：（裝置名稱

5、都已在實(shí)物上標(biāo)識(shí)，故不再標(biāo)識(shí)圖片）注：本套裝置為2012年生產(chǎn)，由食品級(jí)304不銹鋼生產(chǎn)，且由于保養(yǎng)較好，故看上去較少銹蝕【2·茶飲料生產(chǎn)裝置-CIP清洗系統(tǒng)】簡介：CIP清洗系統(tǒng)俗稱就地清洗系統(tǒng)，被廣泛的用于飲料、乳品、果汁、果漿、果醬、酒類等機(jī)械化程度較高的食品飲料生產(chǎn)企業(yè)中。就地清洗簡稱CIP，又稱清洗定位或定位清洗（cleaning in place）。就地清洗是指不用拆開或移動(dòng)裝置，即采用高溫、高濃度的洗凈液，對(duì)設(shè)備裝置加以強(qiáng)力作用，把與食品的接觸面洗凈,對(duì)衛(wèi)生級(jí)別要求較嚴(yán)格的生產(chǎn)設(shè)備的清洗、凈化。清洗程序：1洗滌35分鐘，常溫或60以上的熱水；堿洗1020分鐘，1%2%溶

6、液，6080；中間洗滌510分鐘，60以下的清水；最后洗滌35分鐘，清水。2洗滌35分鐘，常溫或60以上的熱水；堿洗510分鐘，1%2%溶液，6080，中間洗滌510分鐘，60以下的清水，殺菌1020分鐘，90以上的熱水。清洗流量：保證流量實(shí)際上是為了保證清洗時(shí)的清洗液流速，從而產(chǎn)生一定的機(jī)械作用，即通過提高流體的湍動(dòng)性來提高沖擊力，取得一定的清洗效果。特點(diǎn)：CIP清洗系統(tǒng)能保證一定的清洗效果，提高產(chǎn)品的安全性；節(jié)約操作時(shí)間，提高效率；節(jié)約勞動(dòng)力，保障操作安全；節(jié)約水、蒸汽等能源，減少洗滌劑用量；生產(chǎn)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)大型化，自動(dòng)化水平高；延長生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命。CIP清洗的作用機(jī)理化學(xué)能主要是加入其

7、中的化學(xué)試劑產(chǎn)生的，它是決定洗滌效果最主要的因素。但是清洗時(shí)需要逐個(gè)裝置依次清洗，所需耗時(shí)較長。老師提問：1.萃取罐容量為50L,萃取時(shí)長為10分鐘，排出萃取液時(shí)長需要10分鐘，則每小時(shí)僅可生產(chǎn)萃取液150L，未達(dá)到300L/H的生產(chǎn)需要，產(chǎn)線如何滿足生產(chǎn)的需要？不能的話解決方案是怎樣？2.分析是否存在問題與給出布局方案3.從新的布局圖中分析發(fā)現(xiàn)不合理的地方經(jīng)過小組詳細(xì)觀察學(xué)習(xí)生產(chǎn)線與各個(gè)裝置，最后給出的回答是：1 產(chǎn)線可以滿足生產(chǎn)需要?？梢钥吹?50L/H的萃取液從萃取罐出來后，后面還會(huì)經(jīng)過調(diào)配罐、平衡罐，而這兩個(gè)裝置有管道與純水罐相連接，推測(cè)可能在這兩個(gè)裝置處，較濃的萃取液會(huì)被純水稀釋成所

8、需濃度的茶飲料，從而達(dá)到300L/H的生產(chǎn)需求。2 在獨(dú)立走完茶飲料生產(chǎn)線后初步發(fā)現(xiàn)產(chǎn)線布局存在一下一些問題：一字型布局在能源的利用、占地面積、CIP清洗的時(shí)間等方面存在一定問題；如管道可能過長，在運(yùn)輸?shù)倪^程中熱量損失會(huì)較多；一字型布局所需占地面積長度較寬，不利于用地，可以設(shè)計(jì)為圓形(立體)布局，可減少管道數(shù)量與長度，節(jié)省能源、占地面積；CIP清洗串聯(lián)式裝置布局可改成并聯(lián)式布局，可將清洗時(shí)間大幅縮小。3. 新的布局圖中采取的是圓形(立體)布局，這一布局設(shè)計(jì)上雖然可行，然而在設(shè)備檢修、角落占地面積空余等問題上存在較大問題，實(shí)際優(yōu)化中無法實(shí)施，可改進(jìn)為U型布局。小組茶飲料裝置布局改進(jìn)圖【其他組的一

9、些布局方案】1. 水車式連續(xù)萃取方案，如圖所示：通過不斷的循環(huán)，使萃取過程連續(xù)進(jìn)行，但在工藝上難以實(shí)現(xiàn)2. 精餾塔式萃取方案，如圖所示：可最大程度萃取茶液，但工藝復(fù)雜，且各層茶液萃取溫度不同，容易影響茶飲料口感3. 熱交換板集中布置方案，如圖所示：可減少熱交換過程與傳熱過程中的熱損耗，但在實(shí)際布局中設(shè)備過于擁擠，難以檢修【離散裝配生產(chǎn)線】 離散生產(chǎn)線生產(chǎn)流程圖（上方）裝配生產(chǎn)線形狀：裝配生產(chǎn)線為U型，這是因?yàn)槿绻且蛔中突蛘週型的生產(chǎn)線布局，在勞動(dòng)密集型的工廠內(nèi)，人員的走動(dòng)距離會(huì)比較大，相應(yīng)的效率就會(huì)降低，通過U型的生產(chǎn)布局，能夠?qū)⒃拘枰?個(gè)工人才能完成的工作，減少到兩個(gè)人，而且相應(yīng)的合格品

10、的產(chǎn)出率和工人的負(fù)擔(dān)都不會(huì)有太大變化。如何補(bǔ)充庫存：制造業(yè)工廠的流水線，尤其是像汽車裝配生產(chǎn)線，往往需要成千上萬的零配件，而且有很多都十分相似，極易引起混亂。那么如何將這些配件送到現(xiàn)場進(jìn)行裝配，又如何保證庫存充足，提高員工的工作效率呢？研究者發(fā)現(xiàn)，在超市中，售貨員在貨架邊走上一遭就知道該補(bǔ)充什么，拿去產(chǎn)品的人也不會(huì)有任何混亂。于是，這個(gè)理念就被借鑒了過來，所以在這座工廠中，每個(gè)物品都有一個(gè)貨位通道，工人可以通過特有的標(biāo)簽最準(zhǔn)確的找到自己想要的配件，然后供貨人員也可以輕易的發(fā)現(xiàn)哪些材料需要進(jìn)行補(bǔ)充?？窗澹壕嚯x離散裝配生產(chǎn)線不遠(yuǎn)，有一塊兩米多高的“標(biāo)準(zhǔn)板”，上面以圖表、數(shù)據(jù)的形式詳細(xì)記載了工廠生產(chǎn)

11、的各項(xiàng)指標(biāo)：安全問題，成本，交貨期，良品率，投訴次數(shù)通過看板可以將企業(yè)每一天的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)都可視化，員工一進(jìn)到車間就了解到當(dāng)前的所有生產(chǎn)狀態(tài)，有什么問題也會(huì)很明顯的暴露出來，這對(duì)于當(dāng)前的工作具有指導(dǎo)意義?？窗迨蔷嫔a(chǎn)中的一種典型的工具，這個(gè)工廠的特點(diǎn)之一就是每條生產(chǎn)線上，都自主開發(fā)了一個(gè)看板系統(tǒng)，而且這個(gè)系統(tǒng)是逆向的，從市場需求到最終產(chǎn)品的裝配，再到庫存，再到機(jī)加工，通過市場需求的需求看板把整個(gè)生產(chǎn)給驅(qū)動(dòng)起來了，這樣既保證了庫存降低到最低，也能保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的水平，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也不會(huì)提升太大。【工業(yè)浪費(fèi)】浪費(fèi)既增加成本又不添加價(jià)值，我們的目標(biāo)是減少浪費(fèi)、提高附加值，以

12、降低成本。八類典型浪費(fèi)：序號(hào)典型的浪費(fèi)類型定義舉例1生產(chǎn)過剩能源生產(chǎn)過剩(輸入的能源未得到充分利用)排掉多余未使用的蒸汽2等待生產(chǎn)停止后繼續(xù)耗能備用設(shè)備耗能占總能源比重較高3運(yùn)輸能源運(yùn)輸效率低下壓縮空氣網(wǎng)泄露4過度加工流程能耗(故意)高出必要值設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度高出必要值5庫存存貨損耗能量經(jīng)過加工的物料在存儲(chǔ)時(shí)冷卻下來，加工時(shí)再加熱6返工/報(bào)廢質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)上游工藝重整不足由于初始階段質(zhì)量有問題，上游的紙漿需要重新加工7移動(dòng)(流程低效)工藝能源效率低蒸汽鍋爐中的氧氣過剩8員工潛力未能使用人員的潛力發(fā)現(xiàn)并防止浪費(fèi)（能源浪費(fèi)）員工為參與制定節(jié)能舉措 兩類系統(tǒng)浪費(fèi)：序號(hào)能耗的其他系統(tǒng)類型浪費(fèi)定義舉例9設(shè)

13、備效率使用低效的設(shè)備舊引擎的能耗比現(xiàn)有的替代方案多20%10整合潛力未能利用工藝中的能源未將工藝中釋放出來的熱能用于加熱老師所給任務(wù)：1. 按經(jīng)驗(yàn)給茶飲料出現(xiàn)的十項(xiàng)浪費(fèi)進(jìn)行打分2. 計(jì)算好各項(xiàng)浪費(fèi)的重要度，畫出Pareto圖，并進(jìn)行分析3. 用魚骨圖分析預(yù)熱系統(tǒng)(鍋爐+預(yù)熱罐)的主要能耗浪費(fèi)原因現(xiàn)場小組所給解答：其他組所給的一些解答：所存在的問題：1. 發(fā)現(xiàn)問題、指出問題不具體詳細(xì)，沒有指出具體的某個(gè)裝置存在問題。2. 沒有詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐，例如管道熱量損耗沒有具體的溫度數(shù)據(jù)。茶飲料生產(chǎn)線存在問題表：編號(hào)觀察流程步驟1漏水水治理B2罐體隔熱自來水及純凈水罐A&C3水位過低，水泵運(yùn)行速度總

14、是過高自來水及純凈水罐A&C4污水閥敞開自來水罐5排污閥敞開鍋爐R6蒸汽過熱鍋爐R7罐頂敞開熱水罐D(zhuǎn)8熱水管道不隔熱熱水罐D(zhuǎn)9凝結(jié)水浪費(fèi)熱水罐D(zhuǎn)10熱水過熱熱水罐D(zhuǎn)11排污閥敞開熱水罐D(zhuǎn)12溫度過高泡茶缸E13入料趕水時(shí)中斷浸泡泡茶缸E14抽到濃縮儲(chǔ)存時(shí)產(chǎn)生多余茶泡茶缸E15入料趕水時(shí)間長泡茶缸E16熱氣從敞開的灌頂流失泡茶缸E17攪拌器效率低泡茶缸E18茶籃太大、太重?zé)o法吸收多余熱量泡茶缸E19管道隔熱泡茶缸E20使用4個(gè)過濾器導(dǎo)致產(chǎn)能過剩過濾F21入料趕水時(shí)間長過濾F22漏水及下滑過濾F23一直超載運(yùn)行離心機(jī)24超速運(yùn)行離心機(jī)25中樞機(jī)制太大太重離心機(jī)26排污閥敞開緩沖罐J27罐頂

15、隔熱緩沖罐J28超溫緩沖罐J29超碼緩沖罐J30罐頂隔熱調(diào)和K31超溫調(diào)和K32超時(shí)膠體L33排污閥敞開膠體L34不必要的使用膠體L35超規(guī)格膠體L36不必要的熱平衡罐N37過濾器下滑平衡罐N38罐頂隔熱平衡罐N39CIP閥門敞開耗費(fèi)能源平衡罐N40超溫?zé)o菌處理O41排污閥無菌處理O42使用自來水冷卻無菌處理O43超過指定溫度(130Cvs 125C)無菌處理O44超過指定溫度(80sec vs.135sec)無菌處理O45安裝或入料趕水時(shí)發(fā)生的浪費(fèi)無菌處理O46過度冷卻(10c vs. 20c)無菌處理O47管道隔熱無菌處理O48安裝或入料趕水時(shí)產(chǎn)生的浪費(fèi)成品儲(chǔ)罐Q49排污閥敞開成品儲(chǔ)罐Q5

16、0過量生產(chǎn)蒸汽鍋爐R51管道及連接器隔熱蒸汽鍋爐R52排污過于頻繁蒸汽鍋爐R53過度制冷(3c vs. 5c)制冷劑S54風(fēng)扇上的覆蓋物導(dǎo)致其效率低下制冷劑S55漏水壓縮機(jī)T56超速壓縮機(jī)T57不必要的使用泵P858功率過大泵P859維護(hù)中泵P860換熱整體【工業(yè)工程·能耗優(yōu)化】外部壓力和降本需要使中國制造業(yè)的能源效率提升刻不容緩從大環(huán)境來看，中國制造業(yè)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)，不僅受到經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的影響，同時(shí)還面對(duì)著原材料和能源價(jià)格上漲、政府節(jié)能政策力度加強(qiáng)等多方面的壓力。從企業(yè)的角度來看，很多連續(xù)型生產(chǎn)企業(yè)的能源成本占營運(yùn)成本的比例達(dá)到25%以上，有些甚至高達(dá)60%，另外一些工業(yè)生產(chǎn)行

17、業(yè)的能源成本比例看似不高，但能源成本的總量仍然很大，使提升能效成為降低成本的一個(gè)非常重要的杠桿。資源需求急劇擴(kuò)張，供應(yīng)日趨枯竭，導(dǎo)致能源和原材料價(jià)格上漲。過去十年內(nèi)，伴隨GDP的快速增長，資源的消耗也顯著增加(圖1)，導(dǎo)致資源和原材料價(jià)格大幅攀升(圖2)，直接推高了生產(chǎn)企業(yè)以能源和原材料為主的可變成本。以鋼鐵行業(yè)為例，歐洲鋼鐵企業(yè)可變成本占營運(yùn)成本的比例為75%，而中國的鋼鐵企業(yè)可變成本占比更是高達(dá)90%，且絕大部分為現(xiàn)金成本。政府轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，環(huán)保政策日趨嚴(yán)厲。面對(duì)節(jié)能減排的嚴(yán)峻局面，中國政府正積極通過政策調(diào)整，擯棄投資拉動(dòng)增長的模式，轉(zhuǎn)而通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及運(yùn)營效率的提升來推動(dòng)可持續(xù)的發(fā)展

18、。政府通過設(shè)定更為嚴(yán)格的能耗指標(biāo)要求，推行清潔生產(chǎn)，在“十二五規(guī)劃”中提出了激進(jìn)的節(jié)能減排計(jì)劃：在今后十年中，每五年降低16%的總體能耗6，并以此為指導(dǎo)，確定出各行業(yè)的節(jié)能減排目標(biāo)和能效提升要求。比如，鋼鐵行業(yè)的單位能耗要在五年內(nèi)降低4%，并控制在580千克標(biāo)煤/噸以下；造紙業(yè)到2015年紙及紙板的單位綜合能耗要從680千克標(biāo)煤/噸降至530千克標(biāo)煤/噸，降幅達(dá)到22%。工業(yè)領(lǐng)域成為節(jié)能減排重點(diǎn)。兩個(gè)方面的因素使得工業(yè)領(lǐng)域成為中國節(jié)能減排的核心環(huán)節(jié)：一方面，中國長期以來過度依賴于投資高能耗的工業(yè)拉動(dòng)GDP的增長，導(dǎo)致當(dāng)前47%的終端能源消耗集中于工業(yè)領(lǐng)域(圖3)，顯著高于發(fā)達(dá)國家20%-30%的水平；另一方面，中國的能源生產(chǎn)率 7，也顯著落后于其他國家(圖4)，僅為發(fā)達(dá)國家的1/2。初步估算，中國工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能潛力可達(dá)到每年4.2億噸標(biāo)煤8。 能效改善對(duì)降低企業(yè)生產(chǎn)成本至關(guān)重要。很多連續(xù)型生產(chǎn)企業(yè)能源成本占營運(yùn)成本的比例達(dá)到25%以上，有些甚至高達(dá)60% (圖5)，而一些工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)的能源成本比例看似不高，但能源成本的總量仍然很大。因此，能效改善對(duì)降低工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的成本至關(guān)重要。根據(jù)麥肯錫5年來的項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)，