精釀啤酒廠提高產量

背景

早在特製啤酒成為熱門行業與文化現象之前，密爾瓦基州 Lakefront Brewery 釀酒廠就已開始釀造手工啤酒。

Lakefront 釀酒廠由 Jim 與 Russ Klisch 兩位兄弟於 1987 年成立並持續發展，它是全美首家獲得認證的有機啤酒，並與當地農家合作取得「威斯康辛州獨有」的配料。

該公司於 1989 年銷售 125 桶，隨後銷售量開始倍增，產量也隨著 Lakefront 人口增加而成長。Klisch 兄弟於 1987 年使用 55 加侖不銹鋼酒桶，到 1990 年則自行研造裝瓶機器。

在他們由烘焙廠改建為啤酒廠的小型廠房中，產量於 1998 年達到近 3,000 桶。

這家啤酒廠很快就搬遷至更大的場地，其為該城市原本關閉的燃煤發電廠，業主以純正的釀造廠房取代了二手的家庭式釀造設備。

Lakefront 的產量於 2012 年成長至 33,368 桶，目前行銷美國 35 州與加拿大，其無麩質啤酒在當地的利基類別中排名第一。

挑戰

對於當地精釀啤酒廠而言，挑戰在於判斷適當的技術投資金額，而且必須帶來商業價值且無需高昂的前期成本，。

在討論各種選項之後，Klisch 兄弟決定於 2013 年升級裝瓶設備，以滿足持續擴大的消費者需求。

這對兄弟開始尋找價格實惠、可靠且有彈性的裝填機器，並且必須符合其釀酒應用的獨特生產需求。

公司總裁 Russ Klisch 解釋：「我們需要裝填設備以確保製程中特定位置的低氧含量及適當的殺菌，以及正負 1.5 毫升的高精度裝填。雖然氧氣在釀造過程中的某些環節 (例如發酵前) 極為重要，但零含氧量在裝填過程中也同樣重要，以免變質走味。」

Lakefront 需要有助於管理產品品質的裝瓶機，而且從 12 盎司換至 24 盎司酒瓶以及從全年釀造改成每季釀造產品時，需要更快的產品換模速度。

Klisch 表示：「生產速度與機器可靠性是我們的關鍵要求，我們希望減少每天 10 小時的班次以改善營運效率，唯一的方法是改善機械運轉時間以提高生產速度。」

為了配合當地特有的釀造方法以及對當地供應商的忠誠度，Lakefront 選擇總部位於威斯康辛州的機器製造商 KHS USA Inc. 協助他們升級裝填設備。

解決方案

KHS 運用其超過 140 年為大型飲料生產商打造裝填設備的經驗，設計了一台機器來為這家中型企業提供經濟實惠的自動化設備。這部 KHS 機器名為 Innofill Micro Glass-Bottle Filler，它利用成熟的機械閥門，以所需的溫度與壓力，將啤酒裝填至 Lakefront 的瓶子，實現所需要的高精度裝填。

KHS 與 Rockwell Automation 密爾瓦基州銷售辦公室的工程師合作，共同設計開發這部全新的機器。

KHS 工程設計部門主管 Jeff Gilberg 表示：「由於 Rockwell Automation 從一開始就加入設計團隊，因此我們能夠創造具成本效益的高效能解決方案，以高產量的無菌環境產出小輸出規模的啤酒。

「這同時幫助我們設計出能讓 KHS 進入全球新市場的解決方案。」這支團隊共同合作，盡可能降低機器的最終耗電量。KHS 使用 DS SolidWorks 的 SolidWorks 設計軟體以及 Rockwell Software® RSLogix™ 5000 軟體的控制設計，連結幾乎所有其打造的機型，以 Allen-Bradley® 運動控制分析軟體建立全新小規模輸出應用的機型。運動控制分析工具協助 KHS 依據扭矩需求，評估並選擇最佳的伺服馬達解決方案。

Lakefront 的啤酒品質獲得提升，部分歸功於裝填流程中的含氧量百萬分率測量錯誤減少 80% 至 90%。

Innofill Micro Glass-Bottle Filler 將啤酒裝填至瓶中，然後將其輕輕地放置於填料噴射器，並以潔淨熱水的細微水流攪動啤酒。

這些熱水會產生泡沫並覆蓋每個瓶子的頂部，防止任何氧氣進入。瓶蓋機將泡沫向下壓以擠開泡沫，並產生無菌點以供放置瓶蓋。完成裝填的啤酒瓶接著輸送至裝箱機，然後運送至零售供應商。

這部機器採用 Allen-Bradley CompactLogix™ 可程式自動化控制器，它與 Allen-Bradley Kinetix® 6500 伺服驅動器以及 Allen-Bradley MP Series™ 伺服馬達透過 EtherNet/IP™ 網路緊密同步，在單一標準工業網路上提供整合運動控制。

如此可免除專用動作網路的需求，減少佈線且無需建立閘道以取得來自隱蔽網路的資訊。它同時也提升了診斷效果並簡化維護作業。

另外，使用單一程式設計環境可改善工程設計作業。為了提升機器安全，Rockwell Automation 進行了風險評估並實作安全繼電器與安全限速模組，以降低在評估過程中發現的操作員安全性風險。

安全限速技術有助於提高生產效率，讓操作員在機器安全運轉的同時可進行維護與其他工作。風險評估程序亦有助於確保符合適用的全球安全標準。

結果

無縫順暢的安裝作業可避免造成釀造製程的任何中斷，而且新的裝填設備符合 Lakefront 小佔地面積的需求。更重要的是，這部機器大幅減少 Lakefront 的產品換模、維護及故障排除時間，因為操作員可使用 Allen-Bradley PanelView™ Plus 圖形人機介面及 FactoryTalk® View Machine Edition 軟體來儲存及取出配方。

Klisch 解釋：「對於全年生產 22 種不同類型啤酒的精釀啤酒廠而言，快速換模就非常重要，其中只有 12 種是全年釀造，新的裝填設備能夠輕鬆地由全年釀造轉換為季節性釀造。」

生產速度從每分鐘 120 瓶增加至 180 瓶，而且 Lakefront 設施中的 Innofill Micro Glass-Bottle Filler 具備最高每分鐘 400 瓶的生產能力。

Klisch 表示：「現在我們平均有 90% 的機器運作時間，相較於採用新機器之前，只有 70%。此外，我們每天只需要一輪 10 小時班次而非兩輪，因此可節省成本，讓我們的工作變得更輕鬆。」

更重要的是，Lakefront 的啤酒品質獲得提升，部分歸功於裝填流程中的含氧量百萬分率測量錯誤減少 80% 至 90%。

Gilberg 表示：「新的裝填機器提升了啤酒的品質與完整性，同時提高現場清潔程序的衛生條件，減了啤酒的製程損耗，確保高產量及減少溢出量。」

這套新機器也降低了其他類型的浪費。Klisch 表示：「在使用新的裝填機器之前，我們面臨產品品質與一致性的挑戰。例如，我們會有六或七箱啤酒的裝填量錯誤或裝錯瓶蓋，但使用新的 KHS 機器與 Rockwell Automation 控制平台之後，我們降低了 80% 的報廢率。」

Klisch 表示：「最後，該團隊設計了價格合理的自動裝填機，並且超乎我們的預期。對於我們這種小型精釀啤酒商而言，這項技術投資帶來令人印象深刻的進步，絕對物超所值。」