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在德国,模块化混合设备方案对不断增长的产能有哪些优势?

模块化混合设备可以使产能扩展更加灵活、更加循序渐进。但只有当产品、物料流、清洁工作量、现有基础设施和自动化从一开始就为日后的扩展做好准备时,它们才具有经济性。对于许多应用而言,一台更大的单体混合机仍然是更简单、更经济的解决方案。

产能与投资

可通过增设计量、混合、缓冲、输送或灌装模块来扩大产能。在需求和产量存在不确定性的情况下,分阶段投资有助于降低资金占用和风险。但扩展方案不能只考虑混合产能:进料、称重、清洁、质量检验、包装和物流也必须同步扩容,否则瓶颈只会转移到其他工艺环节。

常被提及的"数量放大"(Numbering-up)——即相同模块的并行倍增——并不等同于一种普遍的放大保证。在标准化且充分解耦的工艺中,它可能带来优势。但对于粉体混合而言,必须核查原料波动、计量精度、清洁、均匀度、产品交接以及多个模块之间的可比性。此外,更多相同的混合机也意味着更多的接口、更多的清洁工作量,必要时还有更多的批次放行环节。

在现有设备基础上实施

如果管路、介质、电气和控制接口确实已预先准备好并且相互兼容,预制的撬装或集装箱模块可以缩短现场安装时间。出厂验收测试(简称FAT)在供应商处、设备交付前对模块进行检验,但它既不能替代现场验收测试(简称SAT),也不能替代对厂址完整集成情况的检验。尤其在旧厂改造(Brownfield)项目中,现状调查、安装空间、承载能力、介质余量、电缆走向、安全功能及实际管路走向,往往比模块的构造形式更具决定性。

标准化的自动化方案可以简化集成工作。模块型包(简称MTP)描述了工艺模块在自动化技术方面的功能和接口。VDI/VDE/NAMUR 2658系列指南支持工艺行业模块化设备的工程设计。但MTP并不会自动减少集成工作量:机械、工艺、安全和卫生方面的兼容性,仍须按项目分别加以证明。

因此,"模块无需大量工程投入即可即插即产"这一说法,只有在严格的前提条件下才成立。在实践中,至少需要进行接口测试、控制系统调整、安全检验、功能测试,必要时还须开展资质确认工作。

产品切换与清洁

模块化理念可以支持频繁的产品切换,例如通过分开的计量通道、可更换的产品接触组件、并行容器或独立的清洁模块来实现。但它们并不会自动消除交叉污染。真正起决定作用的是产品黏附情况、物料流、可排空性、密封件、清洁可达性、密闭防护、清洁策略以及与产品相关的有效性验证。

原位清洗(简称CIP)是指在不进行大规模拆卸的情况下于安装状态下清洁;原位灭菌(简称SIP)是指在安装状态下进行灭菌。具备CIP或SIP能力的组件可以简化改造工作,但并不能保证清洁时间短或清洁过程已通过验证。对于高活性、致敏性或特别关键的产品,空间上分开处理可能比同一设备的频繁切换更经济、更安全。

自动化与运行

对于配方和批次管理而言,将产品配方、工艺阶段与设备专属功能明确分离十分有帮助。ISA-88标准支持这种结构化方式,有助于实现一致的配方管理和批次记录,但既不能替代变更管理,也不能替代对新配方的专业评估。数字化接口和标准化数据模型可以支持可追溯性、维护和OEE分析。OEE代表Overall Equipment Effectiveness,描述由可用性、性能和质量构成的全局设备效率。

只有当确实存在替代生产路径、缓冲、人员和放行能力时,冗余才能提升可用性。若某个混合模块出现故障,只有当其他模块获得该产品的许可、处于空闲状态且能够被充分供料时,生产才能分摊到其他模块。若不具备这些前提条件,模块化只会增加复杂性,而不会带来真正的抗故障能力。

能效同样不应笼统地从模块化中推导得出。相较于运行一台过度配置的大型设备,单个模块的部分负荷运行可能更为经济。但多个小模块也可能因为额外的驱动装置、输送技术、清洁周期、待机能耗和热损失而消耗更多能源。因此,可靠的评估须在真实运行条件下,对单位产品量的比能耗进行比较。

在德国,截至2027年1月19日,新机器仍适用《机械指令》2006/42/EG的要求。自2027年1月20日起,适用《机械条例》(欧盟)2023/1230;该条例取代该指令,且不设平行过渡期。根据具体应用不同,ATEX、压力设备、环保、建筑及必要时的GMP等方面的要求仍具相关性。

amixon®的模块化与产能扩展

amixon®主要通过工艺上灵活的设计以及按项目预先准备好的扩展方案,支持不断增长的生产产能。其基础是用户需求说明书(User Requirement Specification,简称URS):它及早明确产品组合、预期批量大小、所需产量、清洁、介质供应、自动化以及日后可能的加装改造。这样,备用接口、安装空间、附加测点、控制系统余量和接口便可在基础设计阶段就得到考虑。

混合机可以——依据产品和已验证的运行范围——处理不同的批量大小和配方。混合时间、转速、加料顺序和温度曲线可存储于PLC配方中,并以可重复的方式执行。对于特殊任务,amixon®设备可配备液体计量、加料探针、双流体喷嘴、切割转子、温控夹套、附加传感技术、洗涤枪、清洁功能或DosiFlap®等卸料机构。amixon®会以工艺评估、结构设计、安装和调试为此类调整提供全程陪伴。

通过更大的混合机规格来扩大产能,并非模块化扩展,而是一项新的工艺设计。即使混合原理相同,混合时间、能量输入、传热、排空和产品受力等也可能发生变化。amixon®提供从中试规模到大容量生产混合机的多种设备规格。配方和参数并非笼统套用,而是基于原始产品试验和目标规格进行评估确定。

COM型容器混合机可为不断增长的生产量提供额外的灵活性选项。Mixtainer®可将称重、混合、中间存储、清洁、运输和灌装在时间上相互分离。这样,在容器物流条件合适的情况下,中央混合站可以获得更充分的利用。实际的产能收益须结合整体系统进行评估,包括容器数量、清洁时间、物料流、质量放行以及前后道工艺步骤。

amixon®的一项特别优势在于通过技术中心对设计方案进行验证保障。据该公司介绍,帕德博恩拥有超过30台不同的测试设备;美国和亚洲多个国家还设有配套的技术中心。使用原始产品开展的试验,可以对混合均匀度、液体分布、产品保护、能量输入、可排空性和可清洁性进行研究。试验结果为设备选型、工艺参数以及对计划扩展方案的评估,提供了有据可查的依据。

对于可重复的生产以及不断扩展的产线,amixon®可执行基于PLC的配方管理,并配合条码支持的识别方式,以及与企业资源计划系统(简称ERP系统)和制造执行系统(简称MES)的项目特定接口。由此,配方版本、批次和工艺参数便可以结构化的方式相互关联。只要数据模型、时间戳、停机分类和数据完整性在整体系统中得到明确定义,这便有助于支持可追溯性以及全局设备效率(英文Overall Equipment Effectiveness,缩写OEE)的分析。

对于受监管的应用,amixon®提供与资质确认相关的文档,并协助进行设计确认、安装确认和运行确认(简称DQ、IQ和OQ)。技术方案可依据EU-GMP、21 CFR Part 11、EHEDG、3-A Sanitary Standards、ATEX和ASME等项目具体要求进行调整。有关法规评估、工艺和清洁验证以及整体系统验证的责任,仍由运营方承担。amixon®介绍了其对DQ、IQ和OQ的支持,以及依照验证方案、从URS阶段直至调试阶段的集成过程。

据amixon®介绍,公司在帕德博恩集中进行研发和生产。较高的自制深度、技术文档以及长期的备件供应,为设备生命周期内的维护、改造升级和受控调整提供了支持。此外,amixon®还可提供调试、检查、维护、改造升级及加装改造等服务陪伴。