In che modo una macchina per la produzione di sacchi della spazzatura aumenta la produttività?

Nel processo di produzione dei sacchi della spazzatura, l’efficienza della produzione non è data solo dalla velocità della macchina. Una linea che corre a 250 giri al minuto può comunque perdere il 30% della sua potenza potenziale. Queste perdite sono dovute a microdowntime, al rifiuto di sprecare e a lunghi tempi di cambio formato. I metodi per migliorare la produttività effettiva di una macchina per la produzione di sacchi della spazzatura comprendono ingegneria dell'hardware, software di controllo e progettazione del processo. Per comprendere questi metodi, dobbiamo considerare la velocità massima della macchina. Dobbiamo capire come le macchine eliminano tipi specifici di perdite che compromettono la produttività.

Distinguere i risultati teorici e produttivi

La prima regola dell’analisi della produttività è che la velocità nominale e la produzione effettiva raramente coincidono. L'Organizzazione internazionale per la standardizzazione, attraverso la norma ISO 22400-2 sugli indicatori chiave di prestazione per le operazioni di produzione, definisce questo divario con l'efficacia complessiva delle apparecchiature o OEE. L'OEE moltiplica la disponibilità, le prestazioni e i tassi di qualità. Ad esempio, una macchina da 200 sacchi al minuto ha un tempo di inattività del 12%. Funziona all'85% della velocità massima per gestire le variazioni del materiale. E produce il 4% di prodotti-fuori specifica. Questa macchina ha un OEE di circa il 63%. Quindi si perde il 37% della sua capacità teorica.

Una moderna macchina per la produzione di sacchi della spazzatura risolve ciascuna di queste tre aree di perdita con soluzioni ingegneristiche specifiche. Non fa affidamento sull'operatore per controllare e ridurre le perdite. Le sezioni successive esaminano come la macchina riduce ogni tipo di perdita.

Architettura di tenuta tandem per il raddoppio della produttività

Il modo più diretto per migliorare la produttività è modificare il design della macchina, non farla funzionare più velocemente. La vecchia linea di produzione di sacchi della spazzatura utilizza una stazione ermetica. Ogni macchina in questa stazione lavora un sacchetto. Ogni ciclo ha passaggi. I sigilli si chiudono. Chiudere a 160-200 gradi per 0,15-0,4 secondi. Quindi aprilo. La pellicola quindi sposta in avanti la lunghezza di una borsa. Il ciclo completo dura 0,4–0,6 secondi. Ciò limita la produzione a circa 100-150 sacchi al minuto.

Al fine di migliorare l'efficienza produttiva, una macchina per la produzione di sacchetti della spazzatura adotta un dispositivo di sigillatura seriale. Ciò significa alternare due stazioni di sigillatura. La stazione B sta spostando la pellicola e si sta preparando a chiudere mentre la stazione A era in pausa. Le due stazioni condividono lo stesso percorso cinematografico. Ma uno dopo l'altro lavorano in diverse posizioni della borsa. Ciò ha raddoppiato la produttività portandola a 250-350 sacchi al minuto. Ciò non dimezzerà la durata del soggiorno. Questo è importante perché una permanenza inferiore a 0,15 secondi indebolisce la tenuta.

La Society of Plastics Engineers (SPE) ha pubblicato un documento tecnico sulla sigillatura di pellicole di polietilene ad alta-velocità. I documenti mostrano che a temperature normali della sigillatura, un tempo di residenza inferiore a 0,12 secondi non consente alle catene polimeriche di fondersi completamente all'interno della sigillatura. Ciò ridurrà la resistenza alla pelatura del 25-35%. Il design seriale mantiene un buon tempo di inattività. Allo stesso tempo, raddoppia il numero di sigilli generati al minuto in base al tempo macchina. Ciò ha comportato un aumento del 95% della produttività netta rispetto alla progettazione a-stop singolo. Questo aumento ha tenuto conto di ulteriori lavori di manutenzione presso il secondo sito.

Indicizzazione delle pellicole servo-e profilazione dell'accelerazione

Il meccanismo di propulsione del film sottile trascina il film attraverso le stazioni di saldatura, perforazione e taglio. Il sistema è stato una delle principali cause di limiti di velocità e variabilità del prodotto. Gli indicizzatori a camma meccanica-hanno schemi di accelerazione fissi. Hanno messo un'etichetta imponente sul film di polietilene. Il jerk è il tasso di variazione dell'accelerazione. Ciò fa sì che la membrana si allunghi, cambi larghezza e talvolta interrompa la velocità di oltre 150 giri al minuto.

Gli indicizzatori servoazionati sostituiscono le camme con un profilo di camma elettronica programmabile. Questo profilo è memorizzato nel controller di movimento. Il servomotore aziona coppie di rulli di precisione. Questi cilindri hanno solitamente un diametro di 120–150 mm. Sono cromati-e hanno una finitura superficiale di Ra 0,2-0,4 micron. Il rullo trattiene saldamente il film e avanza in base alla lunghezza impostata del sacchetto. Utilizzano la curva di accelerazione della curva a S-per limitare lo strappo. L'IEEE Transactions on Industrial Electronics ha studiato questo aspetto. I risultati mostrano che il profilo di movimento della curva a S può ridurre il rapporto di stress di picco del film del 40% rispetto al profilo di accelerazione costante alla stessa velocità ciclica. Ciò consente alla macchina di funzionare a una velocità di 250+ al minuto su una pellicola LLDPE da 12 μm senza superare il limite elastico della pellicola.

Il servoindexer ha una precisione di ±0,3 mm per il posizionamento della lunghezza del sacchetto. Questa precisione è importante perché le variazioni nella lunghezza del sacchetto possono influenzare i passaggi successivi. Se il sacchetto di carta viene tagliato a una lunghezza superiore a 2 mm, la confezione da 500 sacchetti è troppo lunga. Se il sacchetto di stoffa viene tagliato di 2 mm, la dimensione del sacchetto di stoffa non soddisfa i requisiti. La Divisione Converting di TAPPI afferma che la ripetibilità dimensionale era entro ±0,5 mm e il tasso di scarto in volume era ridotto del 60–70% rispetto alle tolleranze di ±2 mm.

Cambio rotolo automatizzato con giunzione volante

Il cambio del rullo è una delle maggiori cause di fermi macchina non pianificati nel processo di insacco. Il rotolo standard da 500 kg è largo 1.200 mm e il film LDPE da 15 μm corrisponde a circa 28.000 metri lineari. Ciò è sufficiente per circa 35.000 borse standard da 800 mm. Con una velocità di 250 sacchi al minuto, è possibile esaurire i rotoli in circa 140 minuti. Quindi ci sono 8-10 cambi di volume per turno.

Il riavvolgimento manuale richiede 8-15 minuti alla volta. Devi fermare la macchina, estrarre l'anima vuota, caricarla in un nuovo tamburo, unire la coda della pellicola con il filo corrente e reinfilarla. Ciò equivale a 60-120 minuti di perdita di produzione per turno. I produttori di sacchi per la spazzatura con avvolgitrici automatiche riducono il tempo di ogni cambio a 30-45 secondi. Si è unito a tutta velocità.

Ecco come funziona il sistema-di ribaltamento al volo. La posizione di svolgimento secondaria mantiene pronto il rotolo sostitutivo. Il suo bordo anteriore era fissato con nastro adesivo. Il sensore laser lo rileva quando il diametro del rullo di scorrimento raggiunge il minimo impostato. il sistema di controllo accelera quindi il rotolo di standby per adattarlo alla velocità della linea. Preme il bastoncino caldo del mosaico contro il punto di sovrapposizione. Ha tagliato la vecchia rete. Tutto questo avviene in 2-3 secondi. Le macchine non si fermano mai.

L’Associazione europea delle organizzazioni per il riciclaggio e il recupero della plastica (EPRO) dispone di dati di benchmarking operativo per i convertitori di film flessibili. I dati mostrano che il sistema di giunzione automatizzato ha ridotto i tempi di inattività medi per turno dovuti al cambio dei rotoli dell'85 – 92%. Ciò può ripristinare 50-100 minuti di tempo di produzione per turno.

Rilevamento dei difetti in linea e correzione-a ciclo chiuso

Perdite di qualità è una borsa fatta di specifiche che deve essere gettata via o venduta di qualità inferiore. Questi rappresentano in genere il 3-6% della produzione delle macchine senza ispezione in linea. Sulla linea ferroviaria ad alta velocità 250+ bagagli all'ora-, un problema di qualità che passa inosservato anche per 90 secondi ha provocato 375 bagagli difettosi.

Il moderno sistema di rilevamento della visione artificiale ha due punti chiave.

Seal Check utilizza una fotocamera con scansione a filo-ad alta risoluzione da 2.048 a 4.096 pixel. Le telecamere riprenderanno la sigillatura del fondo non appena verrà realizzata. Il sistema controlla l'uniformità della larghezza della sigillatura. Trova una fusione incompleta o freddezza. Rileva anche contaminazioni come particelle di gel o polvere intrappolate nella guarnizione. L’Association for Packaging and Processing Technologies (PMMI) ha affermato che la termografia in linea che utilizza la luce visibile ha rilevato il 98% dei difetti di sigillatura a velocità superiori a 300 sacchetti al minuto.

L'ispezione della perforazione utilizza una seconda telecamera. La telecamera controlla la profondità e l'uniformità della perforazione. Una foratura causata da una borsa per laccio emostatico poco profonda. Una ferita troppo profonda può provocare la rottura prematura del sacchetto nell'involucro. Il sistema misura lo spessore del ponte di materiale rimanente in ciascun punto di perforazione. Contrassegna i sacchetti al di fuori dell'intervallo di tolleranza di 0.5 -1.5 mm.

Quando viene rilevato un difetto, il sistema non si limita a suonare l'allarme. Invia i dati di misurazione ai controller di sigillatura e perforazione. Se la temperatura della saldatura è troppo bassa e la fusione è incompleta, il controller aumenterà automaticamente il punto di impostazione di 2 – 3 gradi C. Se la profondità di perforazione è troppo bassa, la regolazione servometrica della profondità della lama è di 0,02 mm. Questa correzione-a ciclo chiuso è approvata in conformità con l'Articolo 8.5.1 del quadro di gestione della qualità ISO 9001 sull'output del processo di controllo. Riduce gli sprechi legati alla qualità dal 3–6% a meno dello 0,5%. Ciò equivale a 6 – 12 minuti di produzione extra all’ora.

Strumenti a cambio-rapido per la produzione-multiformato

Man mano che la linea dei sacchi della spazzatura si espande, aumenteranno anche le dimensioni, ad esempio dai sacchi da cucina da 20- litri ai sacchi per rifiuti da 240 litri. Anche i calibri variano, dai sacchetti sottili da 12 micron a quelli pesanti da 35 μm. E stili diversi, come guarnizione piatta, guarnizione a stella, cerniera, guarnizione, ecc. Pertanto, il passaggio rapido tra questi tipi è un fattore chiave nella produzione.

Il metodo SMED della The Japan Management Association. Molte fabbriche lo usano per cambiare lavoro. SMED divide il tempo di configurazione in due parti. Le impostazioni interne indicano che la macchina ha dovuto fermarsi. Le impostazioni esterne ti consentono di essere pronto mentre la macchina continua a funzionare. Una macchina per la produzione di sacchi della spazzatura che segue le regole SMED ha queste caratteristiche.

• Guarnizioni a sgancio rapido-utilizzando la leva di bloccaggio a camma invece delle tronchesi. Di conseguenza, il tempo necessario per lo scambio dei codici a barre è stato ridotto da 20 minuti a meno di 3 minuti.
• Carrelli per utensili predisposti in anticipo. Contengono le barre saldanti, le lame di perforazione e le piastre piegatrici del formato successivo direttamente nella macchina. Sono impostati nell'esecuzione corrente.
• Regolazioni dei servi secondo la ricetta. La lunghezza, la larghezza di piegatura e la posizione di perforazione di questi sacchetti di controllo. Il PLC li chiamerà tra cinque secondi. E non necessita di modifiche meccaniche.
• I punti di collegamento delle guide filettate e delle stazioni di incollaggio del nastro sono codici colore. Pertanto l'operatore non ha bisogno di consultare alcun manuale per trovare e collegare il percorso corretto.

Le norme OEE ISO 22400-2 sono utilizzate dall'Institute of Manufacturing Performance. Hanno scoperto che le macchine per sacchetti basate su SMED erano in grado di cambiare l’intero formato in sei-dieci minuti. Questo include i controlli di qualità del primo articolo. Ma la macchina media impiega 30-45 minuti. Per gli impianti che effettuano 4-6 cambi di formato per turno, è possibile risparmiare 90-180 minuti di tempo di lavoro.

Manutenzione predittiva e disponibilità delle apparecchiature

I tempi di inattività non pianificati derivano da un guasto di un componente. Ad esempio, i cuscinetti si incastrano, i riscaldatori delle guarnizioni si bruciano o una lama di perforazione si consuma. La chiusura ha danneggiato maggiormente la produttività. Perché accade senza preavviso. Devi trovare il problema prima di poterlo risolvere.

L'Istituto della Society of Manufacturing Engineers ha diffuso alcuni dati. I dati hanno mostrato che il tempo di inattività non pianificato per i Packers è durato dai 45 ai 90 minuti dall'interruzione al riavvio. La sola diagnosi richiede 25-40 minuti.

La manutenzione predittiva risolve questo problema. È stato controllato lo stato delle parti. Fornisce un avviso quando una parte peggiora ma non si guasta. Le cose da fare e da non fare per un produttore di macchine per la produzione di sacchi della spazzatura includono:

I sensori di vibrazione sono montati sul cuscinetto della stazione di sigillatura. I sensori di accelerazione misurano i modelli di vibrazione dei cuscinetti. Quando inizia la corsa-smontaggio dei cuscinetti, la frequenza di vibrazione cambia ovviamente. Il cambiamento può essere rilevato tra le 200 e le 400 ore di lavoro prima che il cuscinetto si rompa completamente. Ciò è conforme alle norme ISO 10816 per l'ispezione delle vibrazioni meccaniche. Questo avviso tempestivo ti dà il tempo di cambiare i cuscinetti durante un arresto di manutenzione programmata.

Controllare la resistenza del riscaldatore della tenuta tramite monitoraggio. La guarnizione contiene un riscaldatore a cartuccia. Man mano che i riscaldatori invecchiano, aumenta anche la loro resistenza. Osservando le tendenze della resistenza, puoi vedere quando i riscaldatori si stanno avvicinando alla fine della loro vita. Ciò impedisce il malfunzionamento della temperatura della tenuta durante la circolazione. Se si verificasse un simile guasto, causerebbe la rottura di centinaia di sigilli prima che qualsiasi operatore se ne accorga.

Anche i bordi delle lame di perforazione-erano sotto sorveglianza. Nella maggior parte dei casi, però, il sensore non può essere montato direttamente sulla lama. Invece, misuri la forza richiesta per le sagome. Questa forza viene letta dal feedback di coppia del servosistema a palette. La lama si smussa e la forza aumenta. Quando la coppia è superiore del 15-20% rispetto al normale, significa che le lame devono essere sostituite. Quindi puoi pianificare di rettificarlo o sostituirlo, piuttosto che aspettare che la qualità del taglio si deteriori e quindi risolverlo.

Stati Uniti Uniti. L’Ufficio per l’efficienza energetica e le energie rinnovabili del Dipartimento dell’Energia fornisce indicazioni sull’affidabilità del sistema di produzione. Si afferma che la manutenzione predittiva dei dispositivi-soft può ridurre i tempi di inattività non pianificati del 35-45%. Riducono inoltre i costi della manodopera di manutenzione del 20-30% rispetto alla manutenzione passiva.

Gestione energetica e produttività sostenibile

Una maggiore produttività può comportare un maggiore consumo di energia. Ciò potrebbe ridurre i tuoi risparmi. Ciò è particolarmente vero laddove i prezzi dell’elettricità sono elevati o vengono imposte tasse sul carbonio. Una macchina per la produzione di sacchi della spazzatura ha le caratteristiche di risparmio energetico e gestione del consumo di elettricità.

• La frenatura servo rigenerativa è una delle caratteristiche. il servo dell'indicizzazione della pellicola-decelera dalla massima velocità a zero in ogni ciclo, il motore diventa un generatore. Restituisce l'energia cinetica al bus DC. Sulle macchine veloci che eseguono più di 250 cicli al minuto, questa energia riciclata può soddisfare il 15-25% del fabbisogno energetico totale del servosistema.
• Il controllo del backup della tenuta è un'altra funzione. Durante i cambi di bobina, i cambi di formato o le brevi interruzioni della produzione, le temperature delle saldature vengono mantenute all'85–90% del punto di impostazione del lavoro. Non sempre scende a temperatura ambiente. Il Centro comune di ricerca (JRC) della Commissione europea ha un documento di riferimento sulla conversione di film polimerici. La modalità standby riduce il tempo necessario per riscaldare la barra saldante da 4-6 minuti a meno di 60 secondi. Utilizza il 40% in meno di energia rispetto al riscaldamento completo.
• Viene utilizzata anche la fusione con-adesivo su richiesta. Per le macchine che utilizzano nastro adesivo per realizzare sacchetti con chiusura a cordoncino, l'adesivo viene lavorato in piccoli lotti da 50 – 100 grammi utilizzando un sistema hot melt on-demand. Non hanno sempre un serbatoio pieno da 5 litri a 170. Ciò riduce il consumo energetico del sistema adesivo del 35–40%.

Conclusione

L'efficienza di un produttore di macchine per la produzione di sacchi della spazzatura deriva da molte cose che lavorano insieme. Questi includono la progettazione della macchina (come la sigillatura tandem), il controllo del movimento (indicizzazione della curva a S-guidata da servo-), l'automazione (modifiche dei rulli di taglio-al volo), il controllo di qualità in linea (correzione a circuito chiuso-basata sulla visione), i metodi operativi (progettazione di strumenti basata su SMED-), la pianificazione della manutenzione (monitoraggio predittivo basato su vibrazioni e coppia) e l'uso dell'energia (frenata rigenerativa e controllo della temperatura di backup).

Ogni parte compensava un diverso tipo di perdita. Questi tipi di perdite provengono dal quadro OEE. Sono usabilità, prestazioni e qualità. E gli effetti di queste parti non si sommano semplicemente. Moltiplicare i due.

Ad esempio, se una macchina aumenta ciascuna area di perdita del 15%, la produttività totale aumenta di circa il 55%. Non il 15%. Ciò accade perché quando anche le prestazioni e la qualità migliorano, rimane più tempo per la produzione.

È questo effetto moltiplicatore che rende un sistema di ingegneria della produttività-reale diverso da uno semplicemente più veloce.
 

Riferimenti

• ISO 22400-2:2014.Sistemi di automazione e integrazione - Indicatori chiave di prestazione (KPI) per la gestione delle operazioni di produzione - Parte 2: definizioni KPI.
• Società degli ingegneri delle materie plastiche (SPE).Atti della conferenza ANTEC - Tempo di permanenza e resistenza della sigillatura nella sigillatura di pellicole di polietilene ad alta-velocità.
• IEEE.Transazioni su profili di elettronica industriale - S-Curve Motion per l'indicizzazione di pellicole flessibili.
• Divisione Converting TAPPI.Linee guida tecniche per la ripetibilità dimensionale nella conversione di film.
• Associazione europea delle organizzazioni di riciclaggio e recupero della plastica (EPRO).Dati di benchmarking operativo per convertitori di film flessibili.
• Associazione per le tecnologie di imballaggio e lavorazione (PMMI).Tecnologie di ispezione in linea per linee di confezionamento ad alta-velocità.
• ISO9001:2015.Requisiti dei sistemi di gestione della qualità -.
• Associazione di gestione giapponese.Metodologia Single-Minute Exchange of Die (SMED) e quadro di implementazione.
• Istituto per le prestazioni manifatturiere.Studi di benchmarking OEE per le apparecchiature di conversione.
• Società degli ingegneri di produzione (PMI).Casi di studio sulla manutenzione predittiva negli imballaggi flessibili.
• ISO10816.Vibrazioni meccaniche - Valutazione delle vibrazioni della macchina mediante misurazioni su parti non- rotanti.
• Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti - Ufficio per l'efficienza energetica e le energie rinnovabili.Guida all'affidabilità e alla manutenzione dei sistemi di produzione.
• Centro comune di ricerca della Commissione europea (JRC).Documento di riferimento sulle BAT per l'industria della conversione di film polimerici.