Estudo de caso

O King's Hawaiian padroniza os requisitos de tecnologia

Rede comum e Integrated Architecture facilitam a integração e compartilhamento de dados entre todas as máquinas

Desafio

Cria uma infraestrutura comum para fabricantes de máquinas para o primeiro sistema centralizado de coleta de dados em uma planta nova

Soluções

Controle expansível em todas as máquinas na instalação com a plataforma de controle Logix
A rede EtherNet/IP oferece uma estrutura de comunicações integrada em tempo real e um ambiente de projeto único com ferramentas consistentes
O pacote de software FactoryTalk fornece dados de produção de forma gráfica baseados em função, acesso remoto a dados temporais históricos e em tempo real de todos os equipamentos e fontes de dados na fábrica

Resultados

Cumpriu os prazos de implementação - Projetou e forneceu uma fábrica integrada dentro um cronograma apertado uma semana antes do prazo
Dobrou a produção e aumentou a capacidade - Aumentou a capacidade para produzir 81 toneladas (180.000 libras) de pão a mais por dia, dobrando a produção

Histórico

A doçura singular do pão da King's Hawaiian fez dele o favorito dos americanos e impulsionou o crescimento da empresa. Robert Taira criou a receita deste pão redondo icônico 50 anos atrás, no Havaí. O empreendimento de Taira – King's Bakery, em Honolulu – tornou-se o destino de turistas que geralmente mandavam os pães como presente para os amigos e a família no continente.

À medida em que o apetite pelo pão do King's aumentou, Taira mudou-se com a família para a o sul da Califórnia e construiu uma instalação de 2.800 m² (30 mil pés²). A popularidade do pão continuou a aumentar, bem como o negócio da família. Na década de 1990, a King's Hawaiian adicionou 3.700 m² (40 mil pés²) à sua panificadora na Califórnia e, em 2004, a empresa construiu uma panificadora automatizada de 14.000 m² (150 mil pés²) e uma sede corporativa nas proximidades.

Em 2010, a King's Hawaiian tinha chegado novamente no limite da sua capacidade. Sua fábrica e panificadora na Califórnia estava operando 24x7 e a demanda dos consumidores espalhava-se pelo país. A empresa também expandiu sua linha de produtos para além do seu carro chefe, o pão redondo, com outros pãezinhos doces, salgados e pães de hambúrguer.

Com os crescentes preços de combustível e outros custos de transporte pesando no orçamento, a King's Hawaiian decidiu construir uma nova instalação no leste dos Estados Unidos. Deste modo, a empresa poderia levar sua crescente família de produtos para as prateleiras mais rapidamente e com maior economia.

Desafio

A King's Hawaiian decidiu construir uma instalação altamente automatizada de 11.600 m² (125 mil pés²) em Oakwood, Geórgia, e estabeleceu um prazo de 10 meses para entrar em operação. O prazo era desafiador, especialmente considerando-se a complexidade do projeto. O processo completo de fabricação do pão precisava um total de 11 máquinas especializadas, cada uma de um diferente fabricante de equipamento original (OEM), com uma plataforma de controle e informações que exigia ambiente de projeto, interface de usuário e modelo de suporte do fornecedor únicos.

Ao mesmo tempo em que o prazo do projeto era apertado, a King's Hawaiian queria atender suas necessidades de longo prazo da infraestrutura de informação da fábrica.

“Éramos uma empresa familiar pequena, de modo que construir uma nova fábrica a 5.600 km (3.500 milhas) no interior da Geórgia era um grande passo”, disse Mike Williams, diretor de engenharia da King's Hawaiian. “Queríamos nos certificar de que poderíamos acompanhar remotamente o processo a partir da Califórnia para termos certeza de que a produção satisfizesse as expectativas dos consumidores.”

A King's Hawaiian também queria recursos de coleta de dados avançados para fabricar produtos da mais alta qualidade de forma consistente, bem como obter eficiência operacional na empresa.

“Como empresa, não tínhamos feito muitos relatórios e análises formais, e quaisquer dados coletados eram tratados de forma manual”, explica Williams. “Como estávamos construindo uma nova instalação, queríamos a infraestrutura necessária para coletar informações de todos os pontos.”

Toda a operação é centralizada no processo de fabricação. O primeiro passo na fabricação do pão havaiano é a medida e a mistura precisa dos ingredientes secos. A mistura seca é então transferida para um misturador contínuo onde os ingredientes líquidos são adicionados. Uma vez misturada, a massa vai para uma máquina em outra sala onde ela ganha o formato esférico e é então separada em tachos de alumínio para a fabricação dos vários produtos. Dali, a massa é transferida para outra máquina, a caixa de fermentação, onde ela cresce. Então ela fica pronta para os fornos. Quando o pão sai assado, ele deve ser resfriado em uma longa esteira antes de ser enviado para a máquina de embalagem, onde é inspecionado e despachado.

“Com mais de 11 máquinas exigidas para nosso processo de produção, não poderíamos simplesmente deixar cada OEM sem especificações claras e sem uma arquitetura geral de projeto integrada”, explica Williams. “Se fizéssemos isso, teríamos que aprender a usar diversos tipos de CLPs e IHMs, e armazenar diversas variedades da mesma peça para reparos.”

Além de especificações padronizadas, a King's Hawaiian queria uma fábrica que seu próprio pessoal pudesse facilmente manter e localizar falhas. “Eu defendo muito que a fábrica deve poder se manter tão sozinha quanto possível”, disse Williams.

Soluções

Em menos de um ano, a empresa tinha que especificar e licitar equipamentos de mais de sete fornecedores, integrá-los, e testar sua confiabilidade para atender à produção de 3.600 kg (8.000 lb) de pão por hora.

Williams trabalhou com sua equipe e com a Bachelor Controls Inc. (BCI), uma Sócia de Solução de Automação da Rockwell, para criar uma arquitetura que permitisse à King's Hawaiian cumprir seus objetivos de curto prazo de ter os equipamentos operando para inaugurar a fábrica no prazo, ao mesmo tempo criando o alicerce para a coleta e compartilhamento de informações na empresa.

“A BCI colocou bastante ênfase no projeto do front-end e me forçou a ser um cliente melhor”, disse Williams. “Eles nos fizeram trabalhar duro para responder a perguntas importantes logo de início para que pudessem retornar com uma solução que estivesse mais próxima do que precisávamos do que nossa ideia inicial.”

Como integradora do projeto, a BCI reuniu os requisitos para o controlador e a interface homem-máquina (IHM) de cada OEM e elaborou uma especificação geral padronizada no sistema Integrated Architecture™ da Rockwell Automation. A BCI então trabalhou com a Rockwell Automation para validar o projeto de sistema.

“Queríamos estabelecer uma configuração comum para os OEMs para que tudo pudesse ser facilmente conectado e que se comunicasse bem”, explicou Rusty Bailey, gerente da filial da BCI em Memphis. “Também compreendíamos a visão geral: a King's Hawaiian precisava ser capaz de monitorar seus processos na empresa e tomar decisões inteligentes para aumentar a eficiência da produção.”

A BCI orientou todos os OEMs a utilizar o controlador (PAC) ControlLogix® da Allen-Bradley® com uma plataforma integrada para movimento expansível e controle de máquina em um único ambiente de programação. Esta integração permite à King's Hawaiian manter uma menor quantidade de peças sobressalentes, ao mesmo tempo em que uma plataforma de controle aberta ajuda a garantir a fácil integração com componentes de terceiros.

As especificações também demandaram uma abordagem padronizada para visualização e para o software de informações utilizado em cada máquina. O software FactoryTalk® View Site Edition é utilizado em cada máquina para simplificar o desenvolvimento da aplicação e o treinamento, um elemento crucial de economia de tempo em um projeto de rápida conclusão. A BCI especificou a versão Site Edition do software para tornar mais fácil à equipe da King's Hawaiian gerenciar atualizações a longo prazo. Cada versão do software de visualização, portanto, roda em Computadores de Ambiente Industrial da Allen-Bradley com uma touchscreen e uma unidade de disco rígido de estado sólido próprias, para proteger o sistema e reduzir o número de falhas no futuro.

Para as máquinas de empacotamento a BCI especificou PACs CompactLogix™ da Allen-Bradley e IHMs PanelView™ da Allen-Bradley. A expansibilidade do sistema Integrated Architecture permitiu que a BCI utilizasse o controlador menor, que oferece todos os benefícios da plataforma de controle Logix, mas com menor tamanho.

A fábrica inteira se comunica via EtherNet/IP™. A arquitetura de rede única ajudou a empresa a rapidamente ter a fábrica on-line e a reduzir o Total Cost to Design, Development and Deliver das máquinas. A EtherNet/IP também permite que os engenheiros da King's Hawaiian acessem, façam diagnóstico e manutenção das máquinas remotamente, a partir de dois servidores VMware redundantes localizados em uma sala de controle centralizada.

“Ao padronizar com o sistema Integrated Architecture, nosso pessoal agora pode ir de um processo para outro na fábrica, e utilizar o mesmo software e o mesmo conhecimento para tratar qualquer número de problemas,” disse Williams. “A arquitetura também nos permite coletar grandes quantidades de dados – de tudo, desde temperaturas do forno e tempos de cozimento até pesos das balanças e operações de manutenção – que antes não tínhamos como gerenciar manualmente.”

A informação sobre a produção é gravada, armazenada e gerenciada utilizando-se o software FactoryTalk Historian que coleta e arquiva dados de séries temporais de todos os equipamentos e fontes de dados na fábrica. O software FactoryTalk VantagePoint correlaciona e agrega as informações e gera painéis em tempo real e relatórios baseados na Web com contextos situacionais e históricos específicos para diferentes usuários. Williams e outros na empresa podem acessar os dados utilizando o software FactoryTalk ViewPoint, que permite que monitorem remotamente as operações a partir de qualquer local com acesso à Internet.

Resultados

A nova instalação foi inaugurada em outubro de 2011, uma semana antes do previsto. De imediato, ela dobrou a produção de pães da empresa.

A instalação está produzindo os dois maiores campeões de vendas da empresa: o exclusivo pão redondo e o pacote de 12 pãezinhos. Como a fábrica foi construída para futura expansão, ela tem capacidade para incluir outra linha. A longo prazo, a empresa planeja produzir todos os seus tipos de produtos na instalação da Geórgia.

“A arquitetura de rede comum permite-nos ter esta fábrica pronta e operacional em questão de semanas, ao invés de meses”, explicou Williams. “E com a continuidade de materiais, podemos estocar peças sobressalentes com as quais estamos familiarizados, reduzindo a perda de tempo de produção durante uma falha. Esta fábrica dá à King's Hawaiian a capacidade necessária para o futuro previsível.”

A segunda fase do projeto – o desenvolvimento de uma coleta de dados e um sistema de controle centralizados – foi concluída nos meses subsequentes à entrada da fábrica em produção. Williams e sua equipe estão focados primeiro em potencializar essas novas informações para estabelecer padrões e parâmetros exatos de qualidade do produto. Eles irão então focar em eficiências operacionais.

“Estamos ainda na fase de descobertas porque esta é a primeira vez que pudemos reunir dados de todas as máquinas e torná-los visíveis para a empresa”, explicou Williams. “Iremos nos aprofundar nas métricas de produção, e ver quais e como são os reais KPIs e direcionadores do negócio da King's Hawaiian.”

Uma equipe especial irá determinar quais dados são os mais valiosos para os vários departamentos da fábrica, disse Williams. “Cada responsável – da manutenção, da contabilidade, do saneamento – terá um interesse chave, de modo que levará algum tempo para se determinar de quais dados eles precisam”, disse Williams. “Daí, eles irão determinar a real utilidade daquelas informações. É um processo de aprendizado, embora saibamos qual é o objetivo final – colocar as informações para trabalhar para obter o maior valor.”

Publicado 1 de junho de 2013

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