Dans le processus de production de sacs poubelles, l’efficacité de la production ne se limite pas à la vitesse de la machine. Une ligne roulant à 250 tours par minute peut encore perdre 30 pour cent de sa puissance potentielle. Ces pertes sont dues aux micro-temps d'arrêt, au refus de gaspiller et aux longs temps de changement. Les méthodes permettant d'améliorer la productivité réelle d'une machine de fabrication de sacs poubelles comprennent l'ingénierie matérielle, les logiciels de contrôle et la conception des processus. Pour comprendre ces méthodes, nous devons examiner la vitesse maximale de la machine. Nous devons comprendre comment les machines éliminent des types spécifiques de pertes qui nuisent à la productivité.
Distinguer production théorique et production
La première règle de l’analyse de la productivité est que la vitesse nominale et la production réelle sont rarement identiques. L'Organisation internationale de normalisation, à travers la norme ISO 22400-2 sur les indicateurs de performance clés pour les opérations de fabrication, définit cet écart avec l'efficacité globale des équipements, ou OEE. OEE multiplie les taux de disponibilité, de performance et de qualité. Par exemple, une machine dont la cadence est de 200 sacs par minute connaît un temps d'arrêt de 12 %. Il fonctionne à 85 % de sa vitesse maximale pour gérer les variations de matériaux. Et cela représente 4 % de-produits hors spécifications. Cette machine a un OEE d’environ 63 pour cent. Ainsi, 37 pour cent de sa capacité théorique est perdue.
Une machine moderne de fabrication de sacs poubelles corrige chacune de ces trois zones de perte avec des solutions d'ingénierie spécifiques. Il ne dépend pas de l’opérateur de surveiller et de réduire les pertes. Les sections suivantes examinent comment la machine réduit chaque type de perte.
Architecture d'étanchéité en tandem pour doubler le débit
Le moyen le plus direct d’améliorer la productivité consiste à modifier la conception de la machine, et non à la faire fonctionner plus rapidement. L'ancienne ligne de production de sacs poubelles utilise une station hermétique. Chaque machine de cette station traite un sac. Chaque cycle comporte des étapes. Les sceaux se ferment. Fermez à 160-200 degrés pendant 0,15-0,4 seconde. Ensuite, ouvrez-le. Le film avance ensuite sur la longueur d'un sac. Le cycle complet prend 0,4 à 0,6 seconde. Cela limite la production à environ 100 à 150 sacs par minute.
Afin d'améliorer l'efficacité de la production, une machine de fabrication de sacs poubelles adopte un dispositif de scellage en série. Cela signifie alterner entre deux postes de scellage. La station B déplace un film et se prépare à fermer alors que la station A était en temps d'arrêt. Les deux stations partagent le même parcours cinématographique. Mais un par un, ils travaillent dans différentes positions du sac. Cela a permis de doubler le débit, passant à 250 à 350 sacs par minute. Cela ne réduira pas de moitié la durée du séjour. Ceci est important car un séjour de moins de 0,15 seconde affaiblit l'étanchéité.
La Society of Plastics Engineers (SPE) a publié un document technique sur le scellage par film de polyéthylène à haute vitesse-. Les articles montrent qu'à des températures de scellage normales, un temps de séjour inférieur à 0,12 seconde ne permet pas aux chaînes polymères de se mélanger complètement tout au long du scellement. Cela réduira la résistance au pelage de 25 à 35 pour cent. La conception en série maintient de bons temps d'arrêt. Dans le même temps, il double le nombre de scellés générés par minute par temps machine. Cela a entraîné une augmentation de 95 % de la productivité nette par rapport à une conception à guichet unique. Cette augmentation tient compte des travaux de maintenance supplémentaires sur le deuxième site.
Indexation de film et profilage d'accélération pilotés par servo-
Le mécanisme de propulsion du film mince tire le film à travers les stations de scellage, de perforation et de découpe. Le système a été une cause majeure de contraintes de vitesse et de variabilité des produits. Les indexeurs mécaniques entraînés par came-ont des modèles d'accélération fixes. Ils ont apposé une imposante étiquette sur le film de polyéthylène. Jerk est le taux de changement d'accélération. Cela provoque un étirement de la membrane, un changement de largeur et parfois une rupture de vitesse de plus de 150 tours par minute.
Les indexeurs servocommandés remplacent les cames par un profil de came électronique programmable. Ce profil est stocké dans le contrôleur de mouvement. Le servomoteur entraîne des paires de rouleaux de précision. Ces cylindres ont généralement un diamètre de 120 à 150 mm. Ils sont chromés-et ont une finition de surface de Ra 0,2-0,4 microns. Le rouleau maintient fermement le film et avance en fonction de la longueur réglée du sac. Ils utilisent la courbe d'accélération en S-pour limiter les à-coups. Les transactions IEEE sur l'électronique industrielle ont étudié cela. Les résultats montrent que le profil de mouvement en courbe en S peut réduire le taux de contrainte maximal du film de 40 % par rapport au profil d'accélération constante à la même vitesse cyclique. Cela permet à la machine de fonctionner à une cadence de 250+ par minute sur un film LLDPE de 12 µm sans dépasser la limite élastique du film.
L'indexeur servo a une précision de ±0,3 mm pour le positionnement de la longueur du sac. Cette précision est importante car les variations de longueur du sac peuvent affecter les étapes suivantes. Si le sac en papier est coupé à plus de 2 mm de longueur, le carton d'emballage de 500 sacs est trop long. Si le sac en tissu est coupé de 2 mm, la taille du sac en tissu ne répond pas aux exigences. La division de conversion de TAPPI indique que la répétabilité dimensionnelle était de ± 0,5 mm et que le taux de gaspillage en volume a été réduit de 60 à 70 pour cent par rapport aux tolérances de ± 2 mm.
Changement de rouleau automatisé avec Flying Splice
Le changement de rouleau est l’une des principales causes d’arrêts imprévus dans le processus d’ensachage. Le rouleau standard de 500 kg mesure 1 200 mm de large et le film LDPE de 15 μm mesure environ 28 000 mètres linéaires. C'est suffisant pour environ 35 000 sacs standard de 800 mm. À 250 sacs par minute, vous pouvez manquer de rouleaux en 140 minutes environ. Il y a donc 8 à 10 changements de volume par équipe.
Le rembobinage manuel prend 8 à 15 minutes à la fois. Vous devez arrêter la machine, retirer le noyau vide, le charger dans un nouveau tambour, raccorder la queue du film avec le fil en marche et le réenfiler. Cela équivaut à 60 à 120 minutes de perte de production par équipe. Les fabricants de sacs poubelles équipés de machines à enroulement automatiques réduisent le temps de chaque changement à 30 à 45 secondes. Il s'est épissé à toute vitesse.
C'est ainsi que fonctionne le système de basculement-à la mouche. La position de déploiement secondaire maintient le rouleau de remplacement prêt. Son bord avant était fixé avec du ruban adhésif. Le capteur laser le détecte lorsque le diamètre du rouleau en mouvement atteint le minimum défini. Le système de contrôle accélère ensuite le rouleau de veille pour correspondre à la vitesse de la ligne. Il presse le bâton de mosaïque chaud contre le point de chevauchement. Cela a coupé le vieux filet. Tout cela se produit en 2 à 3 secondes. Les machines ne s'arrêtent jamais.
L'Association européenne des organismes de recyclage et de valorisation des plastiques (EPRO) dispose de données d'analyse comparative opérationnelle pour les transformateurs de films flexibles. Les données montrent que le système d'épissure automatisé a réduit le temps d'arrêt moyen par équipe suite aux changements de rouleaux de 85 à 92 pour cent. Cela peut restaurer 50 à 100 minutes de temps de production par équipe.
Détection des défauts en ligne et correction en boucle fermée-
Les pertes de qualité sont un sac composé de spécifications qui doivent être jetées ou vendues dans une qualité inférieure. Celles-ci représentent généralement 3 à 6 % de la production de machines sans inspection en ligne. Sur la ligne ferroviaire à grande vitesse 250+ sacs par heure-, un problème de qualité qui passe inaperçu même pendant 90 secondes a entraîné 375 sacs défectueux.
Le système de détection de vision industrielle moderne comporte deux points clés.
Seal Check utilise une caméra à balayage filaire-haute résolution de 2 048 à 4 096 pixels. Les caméras imageront le joint inférieur dès qu'il sera réalisé. Le système vérifie la régularité de la largeur du joint. Il trouve une fusion incomplète, ou froideur. Il détecte également des contaminations telles que des particules de gel ou de la poussière emprisonnées dans le joint. L'Association pour les technologies d'emballage et de traitement (PMMI) a déclaré que l'imagerie thermique en ligne utilisant la lumière visible détectait 98 % des défauts de soudure à des vitesses supérieures à 300 sacs par minute.
L'inspection des perforations utilise une deuxième caméra. La caméra vérifie la profondeur et l'uniformité de la perforation. Une crevaison causée par un sac de garrot peu profond. Une blessure trop profonde provoque une déchirure prématurée des sacs dans l'emballage. Le système mesure l'épaisseur du pont de matériau restant à chaque point de perforation. Il marque les sacs en dehors de la plage de tolérance de 0.5 -1.5 mm.
Lorsqu’un défaut est détecté, le système ne se contente pas de déclencher l’alarme. Il renvoie les données de mesure aux contrôleurs de scellage et de perforation. Si la température du joint est trop basse et que la fusion est incomplète, le contrôleur augmentera automatiquement le point de réglage de 2 à 3 degrés C. Si la profondeur de perforation est trop faible, le réglage servo de la profondeur de la lame est de 0,02 mm. Cette correction en boucle fermée-est approuvée conformément à l'article 8.5.1 du cadre de gestion de la qualité ISO 9001 sur les résultats du processus de contrôle. Il réduit les déchets liés à la qualité-de 3 à 6 % à moins de 0,5 %. Cela équivaut à 6 à 12 minutes de production supplémentaires par heure.
Outils de changement rapide-pour la production multi-format
À mesure que la gamme de sacs poubelles s'étend, les tailles augmenteront également, par exemple des sacs de cuisine de 20 - litres aux sacs poubelles de 240 litres. Les jauges varient également, allant des sacs minces de 12 microns aux sacs robustes de 35 μm. Et différents styles, tels que le joint plat, le joint en étoile, la fermeture à glissière, le joint, etc. Par conséquent, une commutation rapide entre ces types est un facteur clé du rendement.
Le SMED la méthode SMED de la Japan Management Association. De nombreuses usines l'utilisent pour changer d'emploi. SMED divise le temps de configuration en deux parties. Les paramètres internes signifient que la machine a dû s'arrêter. Les paramètres externes signifient que vous pouvez être prêt pendant que la machine continue de fonctionner. Une machine de fabrication de sacs poubelles qui suit les règles SMED possède ces caractéristiques.
- Joints à dégagement rapide-utilisant un levier de verrouillage à came au lieu de coupe-boulons. Ainsi, le temps d’échange des codes-barres a été réduit de 20 minutes à moins de 3 minutes.
- Chariots d'outillage en place à l'avance. Ils maintiennent les barres de soudure, les lames de perforation et les plaques pliantes du format suivant directement dans la machine. Ils sont configurés dans l'exécution en cours.
- Réglages des servos selon recette. La longueur, la largeur de pliage et la position de perforation de ces sacs de contrôle. PLC les appellera dans cinq secondes. Et cela ne nécessite aucun changement mécanique.
- Les points de connexion des rails de guidage filetés et des stations de collage de rubans sont des codes couleurs. Par conséquent, l’opérateur n’a pas besoin de consulter un manuel pour trouver et connecter le chemin correct.
Les règles OEE ISO 22400-2 sont utilisées par l'Institute of Manufacturing Performance. Ils ont découvert que les machines à sacs basées sur SMED étaient capables de modifier le format complet en six à 10 minutes. Celui-ci comprend des contrôles de qualité des premiers articles. Mais une machine moyenne prend 30 à 45 minutes. Pour les usines qui effectuent 4 à 6 changements de format par équipe, vous pouvez économiser 90 à 180 minutes de temps de travail.
Maintenance prédictive et disponibilité des équipements
Les temps d'arrêt imprévus proviennent d'une défaillance d'un composant. Par exemple, des roulements se coincent, des éléments chauffants de joint grillent ou une lame de perforation s'use. C’est la fermeture qui a le plus nui à la productivité. Parce que cela arrive sans avertissement. Vous devez trouver le problème avant de pouvoir le résoudre.
L'Institut de la Society of Manufacturing Engineers a publié certaines données. Le temps d'arrêt imprévu des Packers a pris entre 45 et 90 minutes entre la panne et le redémarrage, selon les données. Le diagnostic à lui seul prend 25 à 40 minutes.
La maintenance prédictive résout ce problème. Il a vérifié l'état des pièces. Il donne un avertissement lorsqu'une pièce se détériore mais ne tombe pas en panne. Les choses à faire et à ne pas faire d'un fabricant de machines de fabrication de sacs poubelles comprennent :
Des capteurs de vibrations sont montés sur le roulement de la station de scellage. Les capteurs d'accélération mesurent les modèles de vibration des roulements. Lorsque le dénudage des roulements commence, la fréquence de vibration change évidemment. Le changement peut être détecté entre 200 et 400 heures de travail avant la rupture complète du roulement. Ceci est conforme aux règles ISO 10816 pour l’inspection des vibrations mécaniques. Cette alerte précoce vous donne le temps de changer les roulements lors d'un arrêt de maintenance programmé.
Vérifiez la résistance du réchauffeur de joint grâce à la surveillance. Le joint contient une cartouche chauffante. À mesure que les radiateurs vieillissent, leur résistance évolue également. En examinant les tendances de résistance, vous pouvez voir quand les radiateurs approchent de la fin de leur durée de vie. Cela évite un dysfonctionnement des températures du joint pendant la circulation. Si une telle défaillance se produisait, des centaines de scellés seraient brisés avant qu’un opérateur ne s’en aperçoive.
Les perforations-des bords des lames étaient également sous surveillance. Mais dans la plupart des cas, le capteur ne peut pas être monté directement sur la lame. Au lieu de cela, vous mesurez la force requise pour les silhouettes. Cette force est lue à partir du retour de couple du système d'asservissement entraîné par la palette. La lame s'émousse et la force augmente. Lorsque le couple est de 15 à 20 % supérieur à la normale, cela signifie que les lames doivent être remplacées. Vous pouvez donc prévoir de l'affûter ou de le remplacer, plutôt que d'attendre que la qualité de coupe se détériore pour ensuite la réparer.
États-Unis unis. Le Bureau de l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables du ministère de l'Énergie fournit des conseils sur la fiabilité des systèmes de fabrication. Il indique que la maintenance prédictive des appareils-soft packés peut réduire les temps d'arrêt imprévus de 35 à 45 %. Ils réduisent également les coûts de main-d'œuvre de maintenance de 20 à 30 % par rapport à la maintenance passive.
Gestion de l'énergie et productivité durable
Une productivité plus élevée peut consommer plus d’énergie. Cela peut réduire vos économies. Cela est particulièrement vrai lorsque les prix de l’électricité sont élevés ou que des taxes sur le carbone sont imposées. Une machine de fabrication de sacs poubelles présente les caractéristiques d’économiser de l’énergie et de gérer la consommation d’électricité.
- Le freinage par récupération d'énergie est l'une des fonctionnalités. le servo d'indexation du film-décélère de pleine vitesse à zéro à chaque cycle, le moteur devient un générateur. Il renvoie l'énergie cinétique au bus DC. Sur les machines rapides exécutant plus de 250 cycles par minute, cette énergie recyclée peut couvrir 15 à 25 % des besoins énergétiques totaux du système d'asservissement.
- Le contrôle de sauvegarde des sceaux est une autre fonction. Lors des changements de rouleaux, de formats ou de courts arrêts de production, les températures de soudure sont maintenues entre 85 et 90 % du point de réglage de travail. Cela ne se résume pas toujours à la température ambiante. Le Centre commun de recherche (JRC) de la Commission européenne dispose d'un document de référence sur la conversion des films polymères. Le mode veille réduit le temps nécessaire pour réchauffer la barre de soudure de 4 à 6 minutes à moins de 60 secondes, indique-t-il. Il consomme 40 pour cent d’énergie en moins qu’un réchauffage complet.
- La fusion avec un adhésif à la demande-est également utilisée. Pour les machines qui utilisent du ruban adhésif pour fabriquer des sacs à cordon, l'adhésif est traité en petits lots de 50 à 100 grammes à l'aide d'un système thermofusible à la demande-. Ils ne font pas tout le temps un réservoir plein de 5 litres à 170°C. Cela réduit la consommation d'énergie du système adhésif de 35 à 40 pour cent.
Conclusion
L'efficacité d'un fabricant de machines de fabrication de sacs poubelles provient de la collaboration de nombreux éléments. Ceux-ci incluent la conception de la machine (comme l'étanchéité en tandem), le contrôle de mouvement (indexation de courbe en S-servo-), l'automatisation (changements de rouleaux de cisaillement à la volée{{3}), le contrôle de qualité en ligne (correction en boucle fermée-basée sur la vision{{5}), les méthodes de fonctionnement (conception d'outillage basée sur SMED-), la planification de la maintenance (surveillance prédictive basée sur les vibrations et le couple) et la consommation d'énergie (freinage régénératif et contrôle de la température de secours).
Chaque partie compensait un type de perte différent. Ces types de pertes proviennent du cadre OEE. Ce sont la convivialité, la performance et la qualité. Et les effets de ces éléments ne s’additionnent pas. Multipliez les deux.
Par exemple, si une machine augmente chaque zone de perte de 15 pour cent, le gain de productivité total est d'environ 55 pour cent. Pas 15 pour cent. Cela se produit parce que lorsque les performances et la qualité s’améliorent également, il reste plus de temps pour la production.
C'est cet effet multiplicateur qui différencie un véritable système d'ingénierie de productivité-d'un simple système plus rapide.
Références
- ISO 22400-2:2014.Systèmes d'automatisation et intégration - Indicateurs de performance clés (KPI) pour la gestion des opérations de fabrication - Partie 2 : définitions des KPI.
- Société des ingénieurs plasticiens (SPE).Actes de la conférence ANTEC - Temps de séjour et résistance du scellage dans le scellage par film de polyéthylène à haute vitesse-.
- IEEE.Transactions sur l'électronique industrielle - Profils de mouvement de courbe en S pour l'indexation de films flexibles.
- Division de conversion TAPPI.Directives techniques pour la répétabilité dimensionnelle dans la conversion de films.
- Association européenne des organismes de recyclage et de valorisation des plastiques (EPRO).Données d'analyse comparative opérationnelle pour les convertisseurs de films flexibles.
- Association pour les technologies d'emballage et de transformation (PMMI).Technologies d'inspection en ligne pour les lignes de conditionnement-à grande vitesse.
- ISO9001:2015.Systèmes de gestion de la qualité - Exigences.
- Association japonaise de gestion.Méthodologie et cadre de mise en œuvre en une seule-minute d'échange de matrices (SMED).
- Institut de performance manufacturière.Études comparatives OEE pour les équipements de conversion.
- Société des ingénieurs de fabrication (SME).Études de cas de maintenance prédictive dans les emballages flexibles.
- OIN 10816.Vibrations mécaniques - Évaluation des vibrations des machines par des mesures sur des-pièces non rotatives.
- Département américain de l'énergie - Bureau de l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables.Guide sur la fiabilité et la maintenance des systèmes de fabrication.
- Centre commun de recherche (JRC) de la Commission européenne.Document de référence MTD pour l'industrie de la conversion de films polymères.
