更换批次时的准备时间

准备时间

定义

在生产和工艺技术中，准备时间（英语称为Setup Time或Changeover Time）是指从一个已完成批次中的最后一件合格产品到下一个批次中的第一件合格产品之间的时间段。

它涵盖了所有必要的准备、换线和后处理过程，这些过程旨在使机器、设备或工作系统从一个已完成的生产订单过渡到下一个，并在必要时将其恢复到规定的初始状态。

就混合机而言，换线时间包括在产品或配方变更后，为使混合机恢复运行状态并符合规格要求所需的所有工作：排空、清洗、干燥、必要的模具更换、控制系统参数设置以及新批次启动前的质量保证。

换线时间的特征

非增值时间

在换线期间不会产生任何增值：混合机虽未生产可销售的产品，但仍会产生人员、设备资本、场地以及可能的能源等固定成本。在劳动与时间管理中，换线时间被视为订单时间的一部分，即用于工作系统的设置和转换所需的时间，但本身并不属于执行时间。

内部和外部换模时间

为了进行分析和优化，通常区分以下两类：

内部换模时间： 仅能在机器停机时进行的操作，例如打开搅拌机、清洁内部空间、更换模具或人工检查。
外部准备时间：可在生产进行的同时并行准备的活动，例如准备下一批原材料、预称量组件、准备清洁剂，或在生产线之外进行参数设置。

将内部换模操作系统性地转移为外部换模操作，是SMED（单分钟换模）方法的核心，这是一种旨在显著缩短换模时间的成熟方法。

混合机换模时间的构成

混合罐内残留物的排空

将上一批次产品完全排出。合适的混合机通过锥形底座几何结构和死角较少的结构设计，可实现高排空率，从而减少清洗工作量。

清洗

清除产品残留以避免交叉污染，特别是在食品、制药和化工应用中：

干式清洗：通过吸尘、吹扫或清扫去除残留物
湿式清洗（WIP/CIP）：配备喷嘴的自动化原位清洗（Cleaning in Place）或原位冲洗（Washing in Place）系统，包括冲洗及后续干燥

湿式清洗后的干燥

在装入新批次粉末前，确保设备处于干燥且符合产品要求的状态。

设备和部件更换

更换或调整混合装置、密封件或出料阀门，以优化工艺，适应其他产品特性。

控制系统参数设置

将新配方导入控制系统，设置转速、混合时间、温度控制，并在必要时设置其他工艺步骤，如分散或造粒。

试运行与质量放行

进行试运行以检查功能和密封性，必要时进行均匀度、湿度等过程控制检查，并批准设备投入生产符合新规格要求的批次。

根据产品特性（例如粘性、吸湿性、毒性或致敏性），清洗和检测过程可能占总换线时间的比例明显更大。

结构设计对换线时间的影响

与许多卧式混合系统相比，立式混合机在结构设计上具有以下优势，这些优势对换线时间产生积极影响：

锥形或漏斗形的容器几何结构确保了较高的排空率
通过大型检修和清洁门，从上方可轻松进入，便于人工检查和清洁作业
中央混合工具和以垂直面为主的设计减少了附着面积，从而降低了粉末附着和清洁需求
在配备相应设备的情况下，具备CIP（就地清洗）和WIP（就地清洗）能力，可实现自动化、可重复的清洁流程，并大幅减少人力需求

一致的卫生设计——抛光表面、避免死角、无水平放置面、采用合适的密封和法兰设计——进一步缩短了清洗和检查时间，并提高了可清洗性及产品安全性。

经济意义与优化

对生产率和OEE的重要性

换线时间是影响设备综合效率的关键因素。混合机因换线操作而停机的一分钟，都会减少净可用生产时间，而固定成本却仍在持续产生。

示例：每天进行四次产品更换，每次换线时间为60分钟，共计240分钟，即每天停机四小时。若将每次换产的换产时间缩短至40分钟，每天即可释放80分钟的额外生产时间——且无需投资增加设备产能。

短换产时间的优势

更高灵活性：可经济高效地生产小批量产品并频繁更换产品，例如针对客户定制配方或季节性产品
降低制造成本：停机时间的缩短可降低单件成本，因为固定的设备和人力成本将分摊到更大的产量上
更快的响应能力：生产可迅速应对市场需求、供货短缺或配方变更
提升卫生和产品安全性：标准化、高效的换线和清洁流程可最大限度地减少交叉污染
工作安全与人体工学：易于操作、设计符合卫生标准的混合机，配备快速换模系统和自动化清洗解决方案，可减少体力负担大的操作

典型的优化措施

SMED方法：系统分析并区分内部和外部换模操作，流程标准化，减少操作步骤和移动时间
自动化清洗系统：集成喷嘴、编程清洗周期和预设干燥阶段，确保清洗结果可重复
通过控制系统和上级生产系统进行配方与参数管理：集中管理并快速加载生产配方，自动设置工艺参数，并记录批次切换情况
快速更换系统：无需工具或仅需少量工具即可安装搅拌器、密封件和出料阀的装配系统
智能生产计划： 根据产品系列、颜色或卫生要求对生产订单进行排序，确保仅在实际必要时才进行耗时的清洗