工艺流程优化

毕业论文（设计）

毕业论文XX公司的工艺流程

题目优化设计

指导教师张三

学生姓名唐英伟

二O一三年五月十八日

XX公司的工艺流程优化设计

摘要

生产工艺流程管理也叫做工艺管理，属于生产技术管理的范畴，它以产品的生产工艺过程为主要管理对象。工艺流程是实现产品生产的技术路线，通过对工艺流程的研究及优化，能够尽可能的挖掘出设备的潜能，找到生产瓶颈，寻求解决的途径，以达到产量高、功耗低和效益高的生产目标。

本文通过对XX公司洗衣粉的生产工艺流程状况的分析，利用工业工程解析和解决问题的思维方法，成功借助业务流程管理的流程再造的思想、方法和工具，从管理的角度对生产工艺流程的技术过程再次进行“物质流”的解析。考虑产品的特点和目前的工艺技术状况，从主要解决生产工艺流程上存在的产品切换次数太多、能量损失太大、产品比重提升以及新配方技术的应用问题，从工序的优化重组和技术革新两个方面进行了生产工艺流程的优化设计。有效解决了XX公司洗衣粉产品生产工艺流程上所存在的问题，形成了新的物料工序组合流程和生产方案，并取得了不错的技术和经济效益，具有很大的应用推广价值。

关键词：生产工艺；流程优化；流程管理

Study on the production process optimization of Company XX

Abstract

Production process management, also known as process management, is a part of production and technology management, which mainly takes production process as the main management object. Manufacturing process is the technical route of the realization of products. Through the study of the process and optimization, we can fully dig out the potential of the equipment and find out the ability bottlenecks to seek solutions in order to achieve the target of high yield, low consumption and high efficiency.

In this paper, by analysis of the production process of washing powder in XX company, combined with industrial engineering analysis and problem-solving methods, drawing on the success of business process management process reengineering ideas, methods and tools, the technical process of "material flow" is reanalyzed with the perspective of management. Combination of product characteristics and the status of current technology, to pay more attention to solve the problem existing in products on the frequency switching, high heat loss, the improvement of the proportion and the application of new technologies in formula, the optimum design of the production process was carried out with two aspects of the optimal combination of process and technology improvement, which effectively solved the current problem of the production process of washing powder in XX company and made remarkable technical and economic benefits with great application value.

Key words: financial analysis; the financial statements

目录

摘要 ..................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 目录 ..................................................................................................................................... I 第一章绪论 . (1)

1.1 研究背景及意义 (1)

1.2 国内外研究现状 (2)

第二章XX公司洗衣粉产品生产工艺流程分析 (3)

2.1 洗衣粉生产工艺流程现状 (3)

2.1.1 国外洗衣粉产品的技术现状及发展趋势 (3)

2.1.2 XX公司洗衣粉产品生产工艺流程管理现状 (3)

2.2 XX公司洗衣粉产品生产工艺流程存在的问题与分析 (5)

2.2.1 生产能耗高 (5)

2.2.2 固体物料被反复加工中有能量浪费 (5)

2.2.3 产品转产频繁 (6)

2.2.4 难以加入热敏性功能物料 (6)

2.2.5 产品视比重难以提高 (6)

第三章XX公司洗衣粉产品生产工艺流程优化 (7)

3.1 优化思路与原则 (7)

3.2 前配工序①-③的工艺流程优化设计 (8)

3.3 后配工序⑤的优化设计： (8)

3.4 生产工艺流程优化的效果评价 (9)

结论 (11)

参考文献 (12)

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

洗涤日化行业是一个市场充分竞争的行业，生产企业准入门槛低，产品附加价值较少，总体的技术含量不高。近几年，其产品成本压力日益加大，一方面，在华的外资品牌通过降质降价等方式不断挤压民族品牌的市场空间，利用资本优势升级价格战，打乱日化产品市场的价格体系，使民族企业竞争力受到严重冲击；同时，在目前国内通货膨胀形势严峻、物价快速上涨的背景下，日化产品作为关乎民生的日用消费品，受国家调控，其市场价格难以调升，使原材料成本上涨的压力无法化解，日化行业面临的生产经营环境日趋严峻。企业只能通过内部的挖潜增效、压缩成本，调整产品配方结构，使用新原料、新技术降低成本，积极应对原料价格压力。[1]

同时，生产企业的节能环保也面临着新的压力和要求。随着国家节能减排方针的深入贯彻，日化行业工业企业的排污评估标准已通过鉴定，出台后要对企业进行约束。洗涤剂行业今后的主要课题之一就是减少对环境的压力、减少非有效化学品的含量、提高产品总有效物含量、调整产品结构、提高产品的性价比及提高产品质量，合成洗涤剂特别是洗衣粉产品的浓缩化势在必行。这对日化企业提升配方研发和生产技术的整体能力提出了新的要求和带来了新的压力和挑战，困难与机遇并存。[2]

对于日化行业生产企业而言，企业的核心竞争力将直接取决于以下四个方面：质量、成本、品牌和周转率。首先是质量，作为人们的日常生活用品，质量的重要性是摆在首位的，质量决定了消费者在进行产品购买时的心智选择。其次是成本，对于日化行业而言，产品价格敏感，市场处于同质化竞争状态，产品的营销宣传对强化消费者的品牌认知和持续保持购买欲望起着最为直接的作用。要保持产品的高质量和高性能，企业只有通过内部的方方面面上的改进和优化来降低成本，尤其是产品的原料成本和制造成本。短期内而言，实现产品制造成本的降低和挖潜，对于提高产品的市场竞争力具有着重要的直接作用和贡献。

产品的生产工艺流程管理，是体现企业的生产方针—实现优质、高产、低耗、高效益—的保证，是衡量生产企业管理水平的标准之一。通过对产品生产工艺流程的分析和优化改进，能够帮助企业识别目前技术上存在的问题和改进机会，通过管理手段和技术创新，实现对现有技术的优化和突破，节能降耗、挖潜增产，降低企业的制造成本，并为产品在配方技术上的创新和发展，为新技术、新原料、新配方的应用提供可产业化的支持。本文就是基于XX公司洗衣粉产品生产工艺流程所面临的问题，通过研究对现有流程进行优化，以着重解决生产工艺流程上所存在的产品切换频繁、热量损失大、产品比重提高以及新配方技术的应用问题为研究目的。

1.2 国内外研究现状

工艺流程是实现产品制造的技术路线，通过对工艺流程的研究和优化，能够最大程度的挖掘出装备的潜能，找到能力瓶颈，寻求解决的方案，以达到高产、低耗和高效益的生产目标。有关日化产品生产工艺流程管理的研究有较少的公开报道关注于生产工艺流程的研究方面。国内有关工艺管理方面的研究，主要体现在以下几个方面。

（1）有关工艺管理的内容和方法方面的研究及应用。在不同的行业具体的应用方式可能有所不同，但所关注的方向和内容却大同小异，如要建立标准、监督执行、统计数据、分析改进、优化提升等等。随着信息技术的发展，工艺数据控制技术应运而生。通过数据化工艺管理，打破传统工艺管理的瓶颈，可以提高生产信息、产品质量信息的收集效率，加强产品标准化与规范化程度，解决传统工艺管理方式的随意性问题，满足稳定产品质量的实际需求。[3]同时，可以实现管理理念的转变，即工艺控制由结果控制向过程控制转变，由指标控制向参数控制转变，由人工控制向自动化控制转变，由经验决策向科学决策（计算机决策支持）转变。[4]

（2）关于工艺管理的作用方面的实践。这与行业或产品有比较大的关系，越是复杂的、流程长的产品，工艺管理的难度、重要性和方法更为重要，其中涉及到与相关职能的界定等企业管理中的非常具体的内容。[5]在实际工作中，工艺管理一般至少分为车间级和公司级两个层次，工作侧重点各有不同。车间一级的工艺管理主要侧重在技术层面，主要是发现和解决问题；公司一级的工艺管理主要侧重在管理层面，主要是政策制定、技术创新和引进、考核和评价等。无论哪一个层次的工艺管理，其在日常工作中必须要起的一个重要作用就是要综合平衡和把控生产和质量两者之间的关系。

（3）生产工艺流程优化的研究在流程工业中，一个很重要的途径是通过改变现有流程生产设备以及生产过程来提高系统的生产能力，并排除影响提高生产能力的障碍——即解决生产工艺流程中的瓶颈问题尤其重要，这能够帮助企业快速的根据市场的变化作出反应，显著的提高企业的生产能力，有助于提高企业的市场竞争力，这对企业是非常有益的。[6]在流程工业中不仅要求生产流程经济高效，而且还应该尽可能的减少能源消耗和有害气体排放。因此，流程工业领域中的能耗大户要想保持自己有利的竞争地位就必须提高能源利用率。[7]在生产过程控制中，工艺优化是以原有生产工艺为基础，通过对生产流程、工艺条件、原辅料的深入研究，针对生产关键、工艺薄弱环节,组织技术人员改进工艺，使生产成本降低，生产过程、工艺条件达到最优化。[8]

第二章XX公司洗衣粉产品生产工艺流程分析

2.1 洗衣粉生产工艺流程现状

2.1.1 国外洗衣粉产品的技术现状及发展趋势

为节约能源，在欧美发达国家，从上世纪90年代中期开始，已逐步开展洗衣粉的浓缩增效技术的应用，而日本早在20年前利用3年的时间实现了洗衣粉的浓缩化。[9]洗衣粉的浓缩增效技术主要体现在以下几个方面：

（1）产品成分浓缩化，提高活性物含量，使用高效洗涤助剂。

在洗衣粉中起主要洗涤作用的为表面活性剂和洗涤助剂。普通型产品中表面活性剂含量为一般为10%-15%左右，而国外浓缩型洗衣粉中表面活性剂含量为一般为20%-30%。洗涤助剂含量也高于普通型洗衣粉，而填充剂元明粉用量仅为20％左右。因产品的有效物含量提高，同样重量的产品洗涤去污能力是普通洗衣粉的1-2倍。同时，功能助剂、酶制剂等洗涤助剂新原料被大量的使用。在欧洲，产品的漂白、柔顺、防静电等功能助剂等被大量的应用在洗涤产品中，另外，脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶普遍使用于洗衣粉产品中，洗涤剂的综合去污力较高。[10]

（2）产品视比重提高，包装体积减少。

在国外洗衣粉产品的视比重普遍比较大，浓缩型产品占绝大多数。在西欧浓缩型产品占洗衣粉产品总量的77%，在北美浓缩型产品占洗衣粉产品总量的76%，在日本浓缩型产品则占到洗衣粉产品总量的80%以上。普通型洗衣粉的密度一般为300g/L-350g/L 之间，而浓缩型洗衣粉的密度为600g/L-700g/L之间。[11]因此产品的包装体积比普通型洗衣粉小，能节约包材的使用量30%左右，社会成本更低，更为环保。[12]

2.1.2 XX公司洗衣粉产品生产工艺流程管理现状

公司洗衣粉产品的生产工艺采用的是目前国内成熟的高塔喷雾干燥工艺，该工艺的基本流程如下图 2-1 所示。

高塔喷雾干燥工艺流程主要包含以下工艺操作单元：原料处理及输送单元、料浆配制单元（前配料）、喷雾干燥单元（含热风系统）、后配料及包装单元、尾气净化及除尘单元。其基本的工艺原理为：根据配方把各种原料通过准确计量，在配料锅中混合成浆状形态物料（料浆），再通过高压泵输送到喷雾干燥塔中，和被加热的空气进行交换去除大部分的水分，形成颗粒度均一的空心粒状产品（基粉），再经过风送老化，进入到旋转混合器中，加入香精、非离子表面活性剂、酶制剂等热敏性物料，形成最终的产品。产品经输送到粉仓中暂存，最后再经自动包装机包装成成品，各工艺操作单元的作用简述见表 2-1 所示。

图 2-1 NC 公司洗衣粉产品生产工艺流程示意图

虽然XX公司近年来通过不断的技术革新和管理改进，在现有的生产工艺流程上提高了系统的产能、完善了技术装备和控制，降低了生产能耗，极大的促进了产品生产成本的降低。在目前国内行业发展的政策影响下，根据产品的浓缩化发展趋势和产品功能化的市场需求细分推动，未来产品的配方技术将会有较大的突破，新材料新技术将会被广泛的应用，产品比重将会得到逐步的提高。而现有的产品生产工艺流程也面临着技术升级的压力，以满足未来新配方的生产所需。[13]

2.2 XX公司洗衣粉产品生产工艺流程存在的问题与分析

对目前生产工艺流程的原理分析，结合XX公司的产品情况和实际生产情况，以及产品的市场需求发展趋势，目前的生产工艺流程存在以下问题：

2.2.1 生产能耗高

主要体现在喷雾干燥系统中对热量的需求上。高塔喷雾干燥成型工艺是目前国内最为常见的洗衣粉产品的成型工艺，它具有工艺成熟、操作直观、产量大以及自动化程度高，生产的产品质量稳定、流动性好、不易结块、外观及溶解性好的特点。[14]但产品90%以上的物料成分需要经过喷雾干燥过程加工而成，燃料消耗量大，存在大量的热量浪费。下表是摘录自XX公司2008年度和2009年度生产一吨产品的平均能耗指标。

*注：蒸汽的消耗随季节的变化而波动较大，工艺必须用蒸汽占比较少

2.2.2 固体物料被反复加工中有能量浪费

在喷雾干燥过程中，为了保证产品的成型和减少干燥过程中所需的热量，配方中需要添加大量的固体物料填充剂，料浆的总固体含量一般在65-75%之间。固体物料均是溶解混合的物理过程，即：（约25%的液体物料+约65%的固体物料+约10%工艺水）形成料

浆→（输送干燥，蒸发掉25-35%的水分）→再形成固体颗粒的基粉。在此过程中，所有的固体物料都是为了产品的成型而被先溶解、再被干燥，存在着反复的加工过程，本身并没有对产品的实际使用性能产生本质上的贡献，而仅仅是影响到产品的外观颗粒度的表现，而这正是消耗掉大量热量的原因。[15]

2.2.3 产品转产频繁

产品种类较多，不同生产配方之间的转换均需要对系统进行清理，耗时较多，并产生较多的废品，并且在清理过程中存在热量的浪费。

XX公司的洗衣粉产品目前已具有2大系列、11个品种的洗衣粉产品，生产配方达20多个。这为生产环节快速转换品种、满足市场需求带来很大的难度，减少了生产的弹性，也带来了配方切换生产成本的上升和转产浪费的增加。以XX公司2009年5-12月份生产洗衣粉产品的品种转换情况为例，每月平均生产洗衣粉产品 14 个品种，月平均转产次数33次，因转产原因造成的停车次数为12 次/月、转产停车时间28.29小时/月。当然，这么频繁的品种转换与生产计划的安排是直接相关的，这也是XX公司以市场销售需求为导向的生产原则所决定的。

同时，经过对产品配方组成的了解，洗衣粉产品的配方组成大致上差异不大，大部分为通用成分，但由于配方含量的差异及工艺流程较长，不同配方切换生产时，均要对系统进行排料、清洗、清理，避免不同产品之间互相稀释、干扰，影响产品质量。切换清理过程中最大的浪费是对喷粉塔的清理，先要降温，重新启动时又要预热，既耗能、又耗时。同时，清理过程中也会产生大量的废品粉需要处理。

2.2.4 难以加入热敏性功能物料

现有工艺中，90%以上的物料都是在前配料工序1-2阶段加入，经由工序3（喷雾干燥系统）加工成型，后配系统工序4加入的辅料不到5%。随着配方技术的不断发展和新原料的出现，将会有更多的功能型助剂应用到洗衣粉产品中。目前的工艺流程不具备添加这些功能性物料的条件。

2.2.5 产品视比重难以提高

现有喷雾干燥工艺，在满足质量的前提下，产品视比重指标在300-360g/L之间，通过调整塔的操作条件来提升产品视比重，将会对其他指标如产品白度、溶解性等造成负面影响，这为实现产品的逐渐浓缩化带来了较大的困难。根据国内目前洗衣粉产品的浓缩化发展趋势，由普通型产品过渡到浓缩型产品，就目前的消费市场成熟度和产品竞争情况而言，不可能一蹴而就，需要有一个逐渐提升、过渡的过程。这就需要生产工艺能够满足生产360-600g/L之间视比重的产品。

第三章XX公司洗衣粉产品生产工艺流程优化

3.1 优化思路与原则

为解决目前NC 公司洗衣粉产品生产面临的问题，我们应该把优化的对象聚焦在产品制造形成过程中“物质流”的分析和工艺流程的变更创新上，寻求突破和解决途径。从中，我们借鉴业务管理流程分析问题的方式，可以把产品制造形成过程中的“物质流”提取出来，[16]以“物质流”为主线来重新解析产品的工艺技术流程路线，如图3-1所示。

图3-1 以“物质流”解析的工艺流程示意图

对上述“物质流”过程中物质变化及流程情况的解析说明见下表3-1：

由表可知，从物质形态上来讲，从物料的投入到最后的产品，变化并不是很大——仍然以固体形式存在，只是颗粒表观上略有差异而已，过程中的所有变化都是在服务于“喷雾干燥”这个工序，而此工序的作用在技术上是为了完成部分液体物料的干燥和产

品颗粒的重新成型——空心颗粒。而在满足液体物料的干燥和空心颗粒成型的技术基础上，能否把配方中的一部分前配部分的固体物料直接移到后配加入呢？这样就会因为需要干燥的料浆的减少，将会相应的降低干燥过程中所需的热量和减少热损失。

3.2 前配工序①-③的工艺流程优化设计

结合NC 公司目前洗衣粉产品的配方情况，我们可以大致了解到洗衣粉产品在物料组成上存在很大的共通性。即通用的物料一般是磺酸、液碱、泡花碱（工业硅酸钠）、纯碱（工业碳酸钠）、五钠（三聚磷酸钠）、元明粉（工业无水硫酸钠）、沸石等（俗称大料），这些原料都是通过前配工序①-③加入（料浆配制和喷雾干燥系统）。经过技术上的分析和论证，我们确定了对现有各种产品在料浆配制工艺阶段进行配方优化整合的思路。即在满足料浆配制和喷雾干燥所需的基本技术基础上，优化整合料浆配制阶段的配方（基粉配方），剥离出产品配方中多余的固体料改到后配混合工序⑤加入，使一个通用的料浆对应几个不同产品，这样就会减少因产品切换造成的喷雾干燥塔停机而产生的热量损失、工时损失和废品的产生。

通过对产品配方的分析，对现有23个配方梳理出如下的整合结果，见表3-2所示。

按照优化整合后的配方进行生产，后配物料加入量将会由原来的不足5%提高到

20-30%。由于产品配方中一部分固体物料从工序②转到后配工序⑤加入，减少了物料的重新加工过程，每单位成品所需消耗的热量就会得到相应的减少。因要保证喷雾干燥塔的热能有效利用率，干燥塔的产能也要维持在原有水平，这样就使得系统的产能得到相应的提高，扩大了系统的生产能力。即该项优化工作的结果能够带来产能、能耗多方面的获益。

3.3 后配工序⑤的优化设计：

在现有的工艺流程中，后配混合工序⑤仅有五套后配物料加入装置（固体料3套、液体料2套），用于满足不同配方可能需要添加的功能助剂的需求。同一配方最多只能允许同时有3种后配固体小料及功能助剂、和2种液体小料加入。同时，因后配物料种类较少、加量也少，在技术实现的难度上也较小，对于自动化生产投料在计算机编程设计及工艺控制上也相对比较简单，只需确保各种物料能够同时、均匀的下料，便能在后配旋转混合器中实现均匀的物料混合。

据此，需要对现有的工序⑤（后配混合工序）工艺流程进行重新设计，对部分前配物料的加入进行工序的重新组合，新的工艺流程图见图3-2所示。

图3-2 经优化设计后的洗衣粉生产工艺流程示意图

与现有的后配混合工序工艺流程相比，对部分物料的加入方式进行了工序的重新组合，在后配料工序新增一套固体物料的添加流程，与原有系统的前配料工序进行优化组合。新增的物料加入装置，以满足前配工艺优化设计后部分物料的在后配加入的需求，同时为配方新物料的应用预留发展空间。进行工序重新优化组合的工艺流程，保留了原有前配料喷雾干燥系统，在技术上确保实现产品具有一定的颗粒外观和适合的比重，通过后配新增流程来进行配方切换和产品视比重的调整。

3.4 生产工艺流程优化的效果评价

经过优化设计的NC 公司洗衣粉产品生产工艺流程，可以解决目前的流程所存在的如下问题：

（1）产品的频繁切换：优化前，几乎每转换一种产品配方进行生产时，均需要对系统进行停机清理；优化后的流程，由于对各种现行配方进行了生产工序的优化组合，可以做到同一配方体系的产品进行不停机转产。将会极大的减少废品的产生和停机清理的产能损失，做到了生产系统的柔性最大化。

（2）热量损失大：优化前，产品配方中90%以上的物料均需溶解并在喷雾干燥系统再被干燥，存在较大的热量消耗；优化后，由于对物料的加入工序进行了优化组合，20-30%的固体物料可以通过后配新增系统进行加入，即减少了这部分物料干燥所需的热量，吨产品能耗将会极大的下降。同时由于要在技术上保持喷雾干燥塔的最佳利用率，在喷雾干燥塔产量不变的情况，后配部分仍可增加20-30%的物料，将使系统的生产能力相应提高20-30%。

（3）产品比重提高和新配方技术的应用瓶颈：优化前的工艺流程，由于产品比重主要受喷雾干燥塔的技术限制而无法得到有效的提高；优化后，由于对物料的加入工序进行了优化组合，部分固体物料通过新增后配系统⑤加入产品中，可以对产品的视比重进行有效的调节。同时，新增后配物料加入系统，因为不再存在物料溶解、高温干燥的过

（4）产品生产能耗得高：工艺流程优化后，各项能耗指标都有不同程度的下降，因为优化后的工艺流程主要减少了干燥工序的热量消耗，所以在燃煤的消耗上降低尤为明显，比优化前降低了18.6%的燃煤消耗。按每年生产30万吨洗衣粉计算，仅此一项即可节约生产成本313.2 万元。

结论

通过本文的研究提供的优化设计经过XX公司的实验验证，期间解决和突破了较多的技术难题，形成了洗衣粉生产的新的物料工序组合流程和生产方法，经过一年的实际调试运行检验，有效解决了XX公司目前洗衣粉生产工艺流程上存在的问题，并取得了较好的技术和经济效益，同时对日化行业同类产品的生产企业也同样具有重要的借鉴价值和意义。[17]在生产工艺流程管理方面，对生产工艺流程的优化，除了技术上的参数优化调整、设备优化改造外，要想获得更大的突破、尤其是解决瓶颈问题时，往往需要的是一种创新思维，对现有流程的突破。创新原理和创新方法的应用在对于产品生产工艺流程的优化改进方面也起着很大的作用，本文的研究为生产工艺流程管理中进行技术路线的优化提升提供了另一种分析和解决问题的思路和方法。

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