茶饮料生产线实习报告.docx
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茶饮料生产线实习报告
工业工程系“模范工厂”实习报告
——茶饮料连续生产线、离散装配生产线、浪费和能源消耗
【实习报告简介】
工业工程系“模范工厂”（李兆基科技大楼B2层BD-221房间）是中国第一家模范工厂，由清华大学与麦肯锡共同建立，旨在结合清华大学在人才培养方面的优势和麦肯锡在实践方面的经验，打造实境式学习平台，帮助学员有效地掌握精益和绿色运营的核心理念与方法，培养企业运营管理的领军人才。
中国模范工厂由机加工生产线、离散装配生产线和连续流（冰茶）生产线构成，可以体现劳动密集型、资本密集型及连续流程类行业的生产特点。
适用于从汽车及其零部件、装备制造、航天航空、基础材料、电子生产到纺织、食品等行业的生产和物流管理等运营主题的模拟学习。
2016年7月7日，在彭老师的带领下，我们参观学习了工业工程系“模范工厂”，重点学习了茶饮料生产线生产流程、问题发掘及系统优化，同时也了解了关于离散装配生产线的生产流程，以及工业工程能源消耗与优化问题。
【1·茶饮料连续生产线】
1.茶饮料生产线生产流程：
茶饮料生产线生产流程流程图
工业工程系茶饮料生产线生产流程简述：
自来水进料进入原水罐（200L,TK8），原水罐的水由原水泵经过砂过滤、碳过滤，再经过软化器、精密过滤器、反渗透系统基本完成物理的初步水处理过程，然后水进入纯水罐（200L,TK9）。
纯水罐中的一部分纯水经泵P7（380V,1.5KW）进入热水罐（200L,TK1）中进行萃取预热，一部分纯水进入电热蒸汽发生器（380V,36KW），加热产生蒸汽，蒸汽一部分进入热水罐，对进入热水罐的纯水进行预热。
热水罐的水经泵P1（380V,1.5KW）进入萃取罐（50L,TK2）。
萃取罐中热水与茶叶进行搅拌萃取（萃取过程进行10分钟，液体流出10分钟，每小时产生萃取茶液150L）。
萃取罐中的茶叶经泵P2进入滤器（FR1,FR2）滤掉部分茶叶残渣，滤液在一号板与冰水机（380,4.5KW）产生的冷水进行热交换
冷却后的茶液进入三足式离心机（380V,1.5KW）充分分离剩余少量固体物质，得到纯净的茶液，进入集汁槽（50L,TK3）。
集汁槽的茶液经泵P3（380V,1.5KW）进入缓冲罐（100L,TK4）
固体添加物物料加入胶体磨（380V,1.1KW），磨成粉末后进入调配罐（110L,TK9），与缓冲罐中的所来茶液混合调配成所需的茶饮料
所得茶饮料经泵P5进入过滤器（FR3）过滤掉胶体磨中加入的固体物质，过滤后的茶饮料进入平衡罐（200L,TK7）中与纯水混合平衡调配适宜浓度的茶饮料（300L/H）
平衡罐中的茶饮料出来经泵P6（380V,1.5KW）进入板式杀菌机（300L/H）中由125℃的高压水蒸气灭菌处理
灭菌后的茶饮料经过热交换冷却后进入4个储罐（100L,TK10-13）
300L/H茶饮料中试线工艺流程图
茶饮料生产线流水线示意图
主要装置实物图：
（装置名称都已在实物上标识，故不再标识图片）
注：
本套装置为2012年生产，由食品级304不锈钢生产，且由于保养较好，故看上去较少锈蚀
【2·茶饮料生产装置-CIP清洗系统】
简介：
CIP清洗系统俗称就地清洗系统，被广泛的用于饮料、乳品、果汁、果浆、果酱、酒类等机械化程度较高的食品饮料生产企业中。
就地清洗简称CIP，又称清洗定位或定位清洗（cleaninginplace）。
就地清洗是指不用拆开或移动装置，即采用高温、高浓度的洗净液，对设备装置加以强力作用，把与食品的接触面洗净,对卫生级别要求较严格的生产设备的清洗、净化。
清洗程序：
1．洗涤3—5分钟，常温或60℃以上的热水；碱洗10—20分钟，1%—2%溶液，60℃—80℃；中间洗涤5—10分钟，60℃以下的清水；最后洗涤3—5分钟，清水。
2．洗涤3—5分钟，常温或60℃以上的热水；碱洗5—10分钟，1%—2%溶液，60℃—80℃，中间洗涤5—10分钟，60℃以下的清水，杀菌10—20分钟，90℃以上的热水。
清洗流量：
保证流量实际上是为了保证清洗时的清洗液流速，从而产生一定的机械作用，即通过提高流体的湍动性来提高冲击力，取得一定的清洗效果。
特点：
CIP清洗系统能保证一定的清洗效果，提高产品的安全性；节约操作时间，提高效率；节约劳动力，保障操作安全；节约水、蒸汽等能源，减少洗涤剂用量；生产设备可实现大型化，自动化水平高；延长生产设备的使用寿命。
CIP清洗的作用机理化学能主要是加入其中的化学试剂产生的，它是决定洗涤效果最主要的因素。
但是清洗时需要逐个装置依次清洗，所需耗时较长。
老师提问：
1.萃取罐容量为50L,萃取时长为10分钟，排出萃取液时长需要10分钟，则每小时仅可生产萃取液150L，未达到300L/H的生产需要，产线如何满足生产的需要？
不能的话解决方案是怎样？
2.分析是否存在问题与给出布局方案
3.从新的布局图中分析发现不合理的地方
经过小组详细观察学习生产线与各个装置，最后给出的回答是：
1．产线可以满足生产需要。
可以看到150L/H的萃取液从萃取罐出来后，后面还会经过调配罐、平衡罐，而这两个装置有管道与纯水罐相连接，推测可能在这两个装置处，较浓的萃取液会被纯水稀释成所需浓度的茶饮料，从而达到300L/H的生产需求。
2．在独立走完茶饮料生产线后初步发现产线布局存在一下一些问题：
一字型布局在能源的利用、占地面积、CIP清洗的时间等方面存在一定问题；如管道可能过长，在运输的过程中热量损失会较多；
一字型布局所需占地面积长度较宽，不利于用地，可以设计为圆形（立体）布局，可减少管道数量与长度，节省能源、占地面积；
CIP清洗串联式装置布局可改成并联式布局，可将清洗时间大幅缩小。
3.新的布局图中采取的是圆形（立体）布局，这一布局设计上虽然可行，然而在设备检修、角落占地面积空余等问题上存在较大问题，实际优化中无法实施，可改进为U型布局。
小组茶饮料装置布局改进图
【其他组的一些布局方案】
1.水车式连续萃取方案，如图所示：
通过不断的循环，使萃取过程连续进行，但在工艺上难以实现
2.精馏塔式萃取方案，如图所示：
可最大程度萃取茶液，但工艺复杂，且各层茶液萃取温度不同，容易影响茶饮料口感
3.热交换板集中布置方案，如图所示：
可减少热交换过程与传热过程中的热损耗，但在实际布局中设备过于拥挤，难以检修
【离散装配生产线】
离散生产线生产流程图（上方）
装配生产线形状：
装配生产线为U型，这是因为如果是一字型或者L型的生产线布局，在劳动密集型的工厂内，人员的走动距离会比较大，相应的效率就会降低，通过U型的生产布局，能够将原本需要5个工人才能完成的工作，减少到两个人，而且相应的合格品的产出率和工人的负担都不会有太大变化。
如何补充库存：
制造业工厂的流水线，尤其是像汽车装配生产线，往往需要成千上万的零配件，而且有很多都十分相似，极易引起混乱。
那么如何将这些配件送到现场进行装配，又如何保证库存充足，提高员工的工作效率呢？
研究者发现，在超市中，售货员在货架边走上一遭就知道该补充什么，拿去产品的人也不会有任何混乱。
于是，这个理念就被借鉴了过来，所以在这座工厂中，每个物品都有一个货位通道，工人可以通过特有的标签最准确的找到自己想要的配件，然后供货人员也可以轻易的发现哪些材料需要进行补充。
看板：
距离离散装配生产线不远，有一块两米多高的“标准板”，上面以图表、数据的形式详细记载了工厂生产的各项指标：
安全问题，成本，交货期，良品率，投诉次数……通过看板可以将企业每一天的生产技术指标都可视化，员工一进到车间就了解到当前的所有生产状态，有什么问题也会很明显的暴露出来，这对于当前的工作具有指导意义。
看板是精益生产中的一种典型的工具，这个工厂的特点之一就是每条生产线上，都自主开发了一个看板系统，而且这个系统是逆向的，从市场需求到最终产品的装配，再到库存，再到机加工，通过市场需求的需求看板把整个生产给驱动起来了，这样既保证了库存降低到最低，也能保证产品的质量和数量达到一个稳定的水平，而且工人的劳动强度也不会提升太大。
【工业浪费】
浪费既增加成本又不添加价值，我们的目标是减少浪费、提高附加值，以降低成本。
八类典型浪费：
序号
典型的浪费类型
定义
举例
1
生产过剩
能源生产过剩（输入的能源未得到充分利用）
排掉多余未使用的蒸汽
2
等待
生产停止后继续耗能
备用设备耗能占总能源比重较高
3
运输
能源运输效率低下
压缩空气网泄露
4
过度加工
流程能耗（故意）高出必要值
设备运转时的温度高出必要值
5
库存
存货损耗能量
经过加工的物料在存储时冷却下来，加工时再加热
6
返工/报废
质量不达标时上游工艺重整不足
由于初始阶段质量有问题，上游的纸浆需要重新加工
7
移动（流程低效）
工艺能源效率低
蒸汽锅炉中的氧气过剩
8
员工潜力
未能使用人员的潜力发现并防止浪费（能源浪费）
员工为参与制定节能举措
两类系统浪费：
序号
能耗的其他系统类型浪费
定义
举例
9
设备效率
使用低效的设备
旧引擎的能耗比现有的替代方案多20%
10
整合潜力
未能利用工艺中的能源
未将工艺中释放出来的热能用于加热
老师所给任务：
1.按经验给茶饮料出现的十项浪费进行打分
2.计算好各项浪费的重要度，画出Pareto图，并进行分析
3.用鱼骨图分析预热系统（锅炉+预热罐）的主要能耗浪费原因
现场小组所给解答：
其他组所给的一些解答：
所存在的问题：
1.发现问题、指出问题不具体详细，没有指出具体的某个装置存在问题。
2.没有详细的数据支撑，例如管道热量损耗没有具体的温度数据。
茶饮料生产线存在问题表：
编号
观察
流程步骤
1
漏水
水治理B
2
罐体隔热
自来水及纯净水罐A&C
3
水位过低，水泵运行速度总是过高
自来水及纯净水罐A&C
4
污水阀敞开
自来水罐
5
排污阀敞开
锅炉R
6
蒸汽过热
锅炉R
7
罐顶敞开
热水罐D
8
热水管道不隔热
热水罐D
9
凝结水浪费
热水罐D
10
热水过热
热水罐D
11
排污阀敞开
热水罐D
12
温度过高
泡茶缸E
13
入料赶水时中断浸泡
泡茶缸E
14
抽到浓缩储存时产生多余茶
泡茶缸E
15
入料赶水时间长
泡茶缸E
16
热气从敞开的灌顶流失
泡茶缸E
17
搅拌器效率低
泡茶缸E
18
茶篮太大、太重无法吸收多余热量
泡茶缸E
19
管道隔热
泡茶缸E
20
使用4个过滤器导致产能过剩
过滤F
21
入料赶水时间长
过滤F
22
漏水及下滑
过滤F
23
一直超载运行
离心机Ⅰ
24
超速运行
离心机Ⅰ
25
中枢机制太大太重
离心机Ⅰ
26
排污阀敞开
缓冲罐J
27
罐顶隔热
缓冲罐J
28
超温
缓冲罐J
29
超码
缓冲罐J
30
罐顶隔热
调和K
31
超温
调和K
32
超时
胶体L
33
排污阀敞开
胶体L
34
不必要的使用
胶体L
35
超规格
胶体L
36
不必要的热
平衡罐N
37
过滤器下滑
平衡罐N
38
罐顶隔热
平衡罐N
39
CIP阀门敞开耗费能源
平衡罐N
40
超温
无菌处理O
41
排污阀
无菌处理O
42
使用自来水冷却
无菌处理O
43
超过指定温度（130Cvs125C）
无菌处理O
44
超过指定温度（80secvs.135sec）
无菌处理O
45
安装或入料赶水时发生的浪费
无菌处理O
46
过度冷却（10cvs.20c）
无菌处理O
47
管道隔热
无菌处理O
48
安装或入料赶水时产生的浪费
成品储罐Q
49
排污阀敞开
成品储罐Q
50
过量生产
蒸汽锅炉R
51
管道及连接器隔热
蒸汽锅炉R
52
排污过于频繁
蒸汽锅炉R
53
过度制冷（3cvs.5c）
制冷剂S
54
风扇上的覆盖物导致其效率低下
制冷剂S
55
漏水
压缩机T
56
超速
压缩机T
57
不必要的使用
泵P8
58
功率过大
泵P8
59
维护中
泵P8
60
换热
整体
【工业工程·能耗优化】
外部压力和降本需要使中国制造业的能源效率提升刻不容缓从大环境来看，中国制造业正面临前所未有的挑战，不仅受到经济大环境的影响，同时还面对着原材料和能源价格上涨、政府节能政策力度加强等多方面的压力。
从企业的角度来看，很多连续型生产企业的能源成本占营运成本的比例达到25%以上，有些甚至高达60%，另外一些工业生产行业的能源成本比例看似不高，但能源成本的总量仍然很大，使提升能效成为降低成本的一个非常重要的杠杆。
资源需求急剧扩张，供应日趋枯竭，导致能源和原材料价格上涨。
过去十年内，伴随GDP的快速增长，资源的消耗也显著增加（图1），导致资源和原材料价格大幅攀升（图2），直接推高了生产企业以能源和原材料为主的可变成本。
以钢铁行业为例，欧洲钢铁企业可变成本占营运成本的比例为75%，而中国的钢铁企业可变成本占比更是高达90%，且绝大部分为现金成本。
政府转变发展方式，环保政策日趋严厉。
面对节能减排的严峻局面，中国政府正积极通过政策调整，摈弃投资拉动增长的模式，转而通过产业结构的调整及运营效率的提升来推动可持续的发展。
政府通过设定更为严格的能耗指标要求，推行清洁生产，在“十二五规划”中提出了激进的节能减排计划：
在今后十年中，每五年降低16%的总体能耗6，并以此为指导，确定出各行业的节能减排目标和能效提升要求。
比如，钢铁行业的单位能耗要在五年内降低4%，并控制在580千克标煤/吨以下；造纸业到2015年纸及纸板的单位综合能耗要从680千克标煤/吨降至530千克标煤/吨，降幅达到22%。
工业领域成为节能减排重点。
两个方面的因素使得工业领域成为中国节能减排的核心环节：
一方面，中国长期以来过度依赖于投资高能耗的工业拉动GDP的增长，导致当前47%的终端能源消耗集中于工业领域（图3），显著高于发达国家20%-30%的水平；另一方面，中国的能源生产率7，也显著落后于其他国家（图4），仅为发达国家的1/2。
初步估算，中国工业领域的节能潜力可达到每年4.2亿吨标煤8。
能效改善对降低企业生产成本至关重要。
很多连续型生产企业能源成本占营运成本的比例达到25%以上，有些甚至高达60%（图5），而一些工业生产行业的能源成本比例看似不高，但能源成本的总量仍然很大。
因此，能效改善对降低工业生产企业的成本至关重要。
根据麦肯锡5年来的项目统计，工业领域不同行业的节能潜力约在10%-30%之间（图6）。
对很多工业企业，尤其是化工企业而言，能效的改善可带来5%-15%的额外收益，是控制成本、获取更高利润率的重要手段。
【感想】
小学期的最后一天，在陈老师的带领下，我们参观了工业工程系的茶饮料生产线和他们的“模范工厂”，一天的实习下来收获颇丰。
首先，“模范工厂”是一家约500平方米的小型工厂，它能生产产品；也是一个培训基地，它能培养人才。
中国模范工厂的建立，符合应对不同运营挑战的需要。
学生在无风险的环境中学习精益运营和提升能源效率的最佳做法，是真正将死的理论用活的过程，是真正掌握理论、能实际运用理论的过程。
而模范工厂中最典型的两条生产线——条离散的加工装配生产线和一条连续流程的冰茶生产线，体现出包括劳动密集型和资本密集型的大部分生产线的运营模式。
前者主要是显现精益运营的理念，而后者则强调了绿色管理。
从生产角度讲，“精益”和“绿色”是目前企业生产最重视的两个方向，但他们对这些概念真正理解的却很少，而中国模范工厂则可以在培训过程中将其推广，则能为企业创新管理贡献一份力。
而作为化工系的学生，我尤其被工业工程系的系统与优化的概念所吸引，由于化工行业是大型能源消耗企业，而如果对整个化工装置进行了充分的优化与改进，则可以大大减少能源损耗，优化系统，提高产能。
可以在反应之外另辟蹊径，而达到共同的工业目标。
另外，这种跨学科的综合也可以让人的思维拓宽。
因此，这一天的参观、学习、尝试都让我受益匪浅。
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