Hoe verhoogt een vuilniszakmachine de productiviteit?

Bij de productie van vuilniszakken is de efficiëntie van de productie niet alleen de snelheid van de machine. Een lijn die 250 ronden per minuut draait, kan nog steeds 30 procent van zijn potentiële output verliezen. Deze verliezen zijn te wijten aan microdowntime, weigering om te verspillen en lange omsteltijden. De methoden om de daadwerkelijke productiviteit van een vuilniszakvervaardigingsmachine te verbeteren omvatten hardware-engineering, besturingssoftware en procesontwerp. Om deze methoden te begrijpen, moeten we naar de topsnelheid van de machine kijken. We moeten begrijpen hoe machines specifieke soorten verliezen elimineren die de productiviteit aantasten.

Onderscheidende theoretische en productieve output

De eerste regel van productiviteitsanalyse is dat de nominale snelheid en de werkelijke output zelden hetzelfde zijn. De Internationale Organisatie voor Standaardisatie definieert deze kloof via ISO 22400-2 over belangrijke prestatie-indicatoren voor productieactiviteiten met de Overall Equipment Effectiveness (OEE). OEE vermenigvuldigt de beschikbaarheid, prestaties en kwaliteit. Een machine met een capaciteit van 200 zakken per minuut heeft bijvoorbeeld een stilstand van 12 procent. Hij draait op 85 procent van zijn topsnelheid om materiaalvariaties aan te kunnen. En het levert 4 procent producten op die-buiten de specificaties vallen. Deze machine heeft een OEE van ongeveer 63 procent. Er gaat dus 37 procent van zijn theoretische capaciteit verloren.

Een moderne vuilniszakmachine repareert elk van deze drie verliesgebieden met specifieke technische oplossingen. Het is niet afhankelijk van de exploitant om verliezen te voorkomen en te beperken. In de volgende secties wordt bekeken hoe de machine elk type verlies vermindert.

Tandemafdichtingsarchitectuur voor verdubbeling van de doorvoer

De meest directe manier om de productiviteit te verbeteren is door het ontwerp van de machine te veranderen, niet door hem sneller te laten draaien. Oude vuilniszakproductielijn gebruikt een luchtdicht station. Elke machine op dit station verwerkt een zak. Elke cyclus heeft stappen. Zeehonden gaan dicht. Sluit op 160-200 graden gedurende 0,15-0,4 seconden. Open het dan. De film beweegt vervolgens de lengte van een zak naar voren. De volledige cyclus duurt 0,4–0,6 seconden. Dat beperkt de productie tot ongeveer 100 à 150 zakken per minuut.

Om de productie-efficiëntie te verbeteren, gebruikt A Garbage Bag Making Machine een serieel sluitapparaat. Dit betekent het afwisselen tussen twee sealstations. Station B verplaatst film en bereidt zich voor om te sluiten toen Station A een storing had. De twee stations delen hetzelfde filmpad. Maar één voor één werken ze in verschillende zakposities. Hierdoor is de doorvoer verdubbeld tot 250 à 350 zakken per minuut. Dit zal de verblijfsduur niet halveren. Dit is belangrijk omdat een verblijf van minder dan 0,15 seconde de afdichting verzwakt.

De Society of Plastics Engineers (SPE) heeft een technisch document over hoge--snelheid polyethyleenfilmafdichting. Uit de artikelen blijkt dat bij normale afdichtingstemperaturen een verblijftijd van minder dan 0,12 seconden het niet mogelijk maakt dat de polymeerketens zich volledig door de afdichting vermengen. Dit zal de afpelsterkte met 25-35 procent verminderen. Serieel ontwerp zorgt voor een goede downtime. Tegelijkertijd verdubbelt het het aantal afdichtingen dat per minuut door de machinetijd wordt gegenereerd. Dit resulteerde in een toename van de nettoproductiviteit met 95 procent ten opzichte van een ontwerp met één-stop. Bij deze stijging is rekening gehouden met extra onderhoudswerkzaamheden op de tweede locatie.

Servo-aangedreven filmindexering en versnellingsprofilering

Het aandrijfmechanisme voor dunne films trekt de film door seal-, perforatie- en snijstations. Het systeem is een belangrijke oorzaak geweest van snelheidsbeperkingen en productvariabiliteit. Mechanische nokken-aangedreven indexeerders hebben een vast versnellingspatroon. Ze plaatsten een torenhoog etiket op de polyethyleenfilm. Jerk is de snelheid waarmee de versnelling verandert. Dit zorgt ervoor dat het membraan uitrekt, van breedte verandert en soms de snelheid met meer dan 150 ronden per minuut verbreekt.

Servoaangedreven indexeerders vervangen nokken door een programmeerbaar elektronisch nokprofiel. Dit profiel wordt opgeslagen in de bewegingscontroller. De servomotor drijft precisierollenparen aan. Deze cilinders hebben gewoonlijk een diameter van 120–150 mm. Ze zijn verchroomd-geplateerd en hebben een oppervlakteafwerking van Ra 0,2-0,4 micron. De rol houdt de folie stevig vast en beweegt naar voren volgens de ingestelde lengte van de zak. Ze gebruiken de versnellingscurve van de S--curve om schokken te beperken. De IEEE Transactions on Industrial Electronics heeft dit onderzocht. De resultaten laten zien dat het S-curve bewegingsprofiel de piekfilmspanningsverhouding met 40 procent kan verminderen vergeleken met een constant versnellingsprofiel bij dezelfde cyclische snelheid. Hierdoor kan de machine met een snelheid van 250+ per minuut werken op een LLDPE-film van 12 μm zonder de elastische limiet van de film te overschrijden.

De servo-indexeerder heeft een nauwkeurigheid van ±0,3 mm voor het positioneren van de zaklengte. Deze nauwkeurigheid is belangrijk omdat variaties in zaklengte de volgende stappen kunnen beïnvloeden. Als de papieren zak meer dan 2 mm lang is, is de verpakking met 500 zakken te lang. Als de stoffen zak 2 mm wordt ingekort, voldoet de maat van de stoffen zak niet aan de vereisten. De Converting Division van TAPPI zegt dat de herhaalbaarheid van de afmetingen binnen ±0,5 mm lag en dat de volumeverspilling met 60-70 procent was verminderd vergeleken met toleranties van ±2 mm.

Geautomatiseerde rolwisseling met Flying Splice

Het wisselen van rol is een van de grootste oorzaken van ongeplande stilstand in het verpakkingsproces. De standaardrol van 500 kg is 1.200 mm breed en de 15 μm LDPE-folie is ongeveer 28.000 strekkende meter. Dat is genoeg voor ongeveer 35.000 standaardzakken van 800 mm. Bij 250 zakken per minuut zijn de rollen binnen ongeveer 140 minuten op. Er zijn dus 8-10 volumewisselingen per dienst.

Handmatig terugspoelen duurt 8 tot 15 minuten per keer. Je moet de machine stoppen, de lege kern eruit halen, deze in een nieuwe trommel laden, de staart van de film met de lopende draad verbinden en deze opnieuw inrijgen. Dat komt neer op 60 tot 120 minuten productieverlies per dienst. Vuilniszakkenfabrikanten met automatische oprolmachines verkorten de tijd voor elke verandering tot 30-45 seconden. Het splitste zich op volle snelheid.

Zo werkt het vliegen{0}}systeem. De secundaire ontvouwpositie houdt de vervangende rol gereed. De voorkant was vastgezet met ducttape. De lasersensor detecteert dit wanneer de diameter van de looprol het ingestelde minimum bereikt. Het besturingssysteem versnelt vervolgens de standby-rol zodat deze overeenkomt met de lijnsnelheid. Het drukt de hete mozaïekstok tegen het overlappunt. Het sneed het oude net af. Dit alles gebeurt in 2-3 seconden. Machines staan ​​nooit stil.

De European Association of Plastics Recycling and Recovery Organizations (EPRO) beschikt over operationele benchmarkinggegevens voor flexibele filmconverters. Uit de gegevens blijkt dat een geautomatiseerd lassysteem de gemiddelde uitvaltijd per ploegendienst door rolwisselingen met 85 – 92 procent verminderde. Hiermee kan per ploegendienst 50-100 minuten productietijd worden hersteld.

Inline-defectdetectie en gesloten-luscorrectie

Kwaliteitsverlies is een tas gemaakt van specificaties die moet worden weggegooid of in een lagere kwaliteit moet worden verkocht. Deze zijn doorgaans verantwoordelijk voor 3 tot 6 procent van de machineproductie zonder inline-inspectie. Op de hogesnelheidslijn 250+ tassen per uur- resulteerde een kwaliteitsprobleem dat zelfs 90 seconden onopgemerkt bleef in 375 slechte tassen.

Het moderne machine vision-detectiesysteem heeft twee belangrijke punten.

Seal Check maakt gebruik van een draadscancamera met een resolutie van 2.048 – 4.096 pixels en een hoge-resolutie-. De camera's brengen de bodemafdichting in beeld zodra deze is gemaakt. Systeemcontrole van de gelijkmatigheid van de afdichtingsbreedte. Het constateert onvolledige versmelting of kou. Het detecteert ook vervuiling zoals geldeeltjes of stof die vastzitten in de afdichting. De Association for Packaging and Processing Technologies (PMMI) zei dat inline thermische beeldvorming met zichtbaar licht 98 procent van de sealdefecten detecteerde bij snelheden van meer dan 300 zakken per minuut.

Perforatie-inspectie maakt gebruik van een tweede camera. De camera controleert de diepte en uniformiteit van de perforatie. Een lekke band veroorzaakt door een ondiepe tourniquetzak. Een te diepe wond veroorzaakt voortijdige scheuren in de verpakking. Het systeem meet op elk perforatiepunt de dikte van de resterende materiaalbrug. Het markeert zakken buiten het tolerantiebereik van 0.5 -1.5 mm.

Wanneer er een defect wordt gedetecteerd, slaat het systeem niet alleen alarm. Het stuurt meetgegevens terug naar de seal- en perforatiecontrollers. Als de sealtemperatuur te laag is en de versmelting onvolledig is, verhoogt de controller het instelpunt automatisch met 2 – 3 graden C. Als de perforatiediepte te ondiep is, wordt de servo-afstelling van de bladdiepte 0,02 mm. Deze gesloten-luscorrectie wordt goedgekeurd in overeenstemming met artikel 8.5.1 van het ISO 9001-kwaliteitsmanagementraamwerk over de output van het controleproces. Het vermindert de kwaliteitsverspilling-van 3 tot 6 procent tot minder dan 0,5 procent. Dit komt neer op 6 – 12 extra productieminuten per uur.

Snelle-Verandertools voor productie met meerdere-formaten

Naarmate de lijn afvalzakken zich uitbreidt, groeien ook de maten, zoals van keukenzakken van 20- liter tot vuilniszakken van 240 liter. De diktes variëren ook, van dunne zakken van 12 micron tot zware zakken van 35 μm. En verschillende stijlen, zoals platte seal, sterseal, rits, seal, etc. Daarom is snel schakelen tussen deze typen een sleutelfactor in de output.

De SMED de SMED-methode van de The Japan Management Association. Veel fabrieken gebruiken het om van baan te wisselen. SMED verdeelt de insteltijd in twee delen. Interne instellingen betekenen dat de machine moest stoppen. Externe instellingen zorgen ervoor dat u er klaar voor kunt zijn terwijl de machine blijft draaien. Een machine voor het maken van vuilniszakken die de SMED-regels volgt, heeft deze kenmerken.

• Snel-afdichtingen met behulp van een nokvergrendelingshendel in plaats van een betonschaar. Als gevolg hiervan is de tijd die nodig is voor het uitwisselen van barcodes teruggebracht van 20 minuten naar minder dan 3 minuten.
• Gereedschapskarren zijn vooraf op hun plaats gezet. Ze houden de sealbalken, perforatiemessen en vouwplaten van het volgende formaat rechtstreeks in de machine vast. Ze zijn ingesteld in de huidige run.
• Servo-aanpassingen volgens recept. De lengte, vouwbreedte en perforatiepositie van deze controlezakken. PLC zal ze binnen vijf seconden bellen. En er zijn geen mechanische veranderingen nodig.
• De verbindingspunten van de schroefdraadgeleiderails en tape-bondingstations zijn kleurcodes. Daarom hoeft de operator geen handleiding te raadplegen om het juiste pad te vinden en aan te sluiten.

ISO 22400-2 OEE-regels worden gebruikt door het Institute of Manufacturing Performance. Ze ontdekten dat op SMED gebaseerde zakkenmachines het hele formaat in zes tot tien minuten konden veranderen. Deze omvat eerste kwaliteitscontroles van het artikel. Maar de gemiddelde machine doet er 30-45 minuten over. Voor fabrieken met 4–6 formaatwissels per ploegendienst kunt u 90–180 minuten werktijd besparen.

Voorspellend onderhoud en beschikbaarheid van apparatuur

Ongeplande downtime is het gevolg van een defect aan een onderdeel. Zo kunnen lagers vastlopen, afdichtingsverwarmers doorbranden of een perforatieblad verslijten. De shutdown heeft de productiviteit het meest geschaad. Omdat het zonder waarschuwing gebeurt. Je moet het probleem vinden voordat je het kunt oplossen.

Het Institute of The Society of Manufacturing Engineers heeft enkele gegevens vrijgegeven. De ongeplande downtime van de Packers duurde 45 tot 90 minuten vanaf de storing tot het opnieuw opstarten, zo bleek uit de gegevens. Alleen al de diagnose duurt 25-40 minuten.

Voorspellend onderhoud lost dit probleem op. Er wordt de staat van de onderdelen gecontroleerd. Het geeft een waarschuwing wanneer een onderdeel slechter wordt, maar niet faalt. De do's en don'ts van een fabrikant van een vuilniszakmachine zijn onder meer:

Trillingssensoren zijn gemonteerd op het lager van het sealstation. Acceleratiesensoren meten de trillingspatronen van lagers. Wanneer de race-het strippen van lagers begint, verandert de trillingsfrequentie duidelijk. De verandering kan tussen 200 en 400 werkuren worden gedetecteerd voordat het lager volledig breekt. Dit voldoet aan de ISO 10816-regels voor mechanische trillingsinspectie. Deze vroege waarschuwing geeft u de tijd om de lagers te vervangen tijdens een geplande onderhoudsstop.

Controleer de weerstand van de afdichtingsverwarmer door middel van monitoring. De afdichting bevat een patroonverwarmer. Naarmate verwarmingstoestellen ouder worden, neemt ook hun weerstand toe. Door naar weerstandstrends te kijken, kunt u zien wanneer verwarmingstoestellen het einde van hun levensduur naderen. Dit voorkomt dat de afdichtingstemperaturen tijdens de circulatie niet goed functioneren. Als een dergelijke storing zou optreden, zouden honderden zegels verbroken worden voordat een operator het zou merken.

Ook de perforatie-van de mesranden werd bewaakt. Maar in de meeste gevallen kan de sensor niet rechtstreeks op het mes worden gemonteerd. In plaats daarvan meet je de kracht die nodig is voor silhouetten. Deze kracht wordt afgelezen uit de koppelfeedback van het door schoepen aangedreven servosysteem. Het mes wordt bot en de kracht neemt toe. Wanneer het koppel 15 – 20 procent hoger is dan normaal, betekent dit dat de messen vervangen moeten worden. U kunt dus plannen om het te slijpen of te vervangen, in plaats van te wachten tot de snijkwaliteit verslechtert en het vervolgens te repareren.

Verenigde VS. Het Energy Efficiency and Renewable Energy Office van het ministerie van Energie geeft richtlijnen over de betrouwbaarheid van productiesystemen. Er wordt gezegd dat voorspellend onderhoud van zachte- apparaten de ongeplande downtime met 35 tot 45 procent kan verminderen. Ze verlagen ook de arbeidskosten voor onderhoud met 20 tot 30 procent vergeleken met passief onderhoud.

Energiebeheer en duurzame productiviteit

Een hogere productiviteit kan meer energie verbruiken. Dit kan uw spaargeld verminderen. Dit geldt vooral als de elektriciteitsprijzen hoog zijn of als er CO2-belastingen worden geheven. Een vuilniszakvervaardigingsmachine heeft de kenmerken van energiebesparing en beheersing van het elektriciteitsverbruik.

• Servo-regeneratief remmen is een van de kenmerken. de film-indexeringsservo vertraagt ​​in elke cyclus van volle snelheid naar nul, de motor wordt een generator. Het stuurt kinetische energie terug naar de DC-bus. Op snelle machines die meer dan 250 cycli per minuut draaien, kan deze gerecyclede energie in 15 tot 25 procent van de totale energiebehoefte van het servosysteem voorzien.
• Back-upcontrole op zeehonden is een andere functie. Tijdens rolwisselingen, formaatwijzigingen of korte productiestops worden de sealtemperaturen op 85-90 procent van het werkinstelpunt gehouden. Het komt niet altijd neer op kamertemperatuur. Het Gemeenschappelijk Onderzoekscentrum (JRC) van de Europese Commissie heeft een referentiedocument over de conversie van polymeerfilms. De stand-bymodus verkort de tijd die nodig is om de sealbalk opnieuw op te warmen van 4 tot 6 minuten tot minder dan 60 seconden, aldus het bedrijf. Het verbruikt 40 procent minder energie dan volledig opwarmen.
• Er wordt ook gebruik gemaakt van smelten met on-lijm. Voor machines die plakband gebruiken om tassen met trekkoord te maken, wordt de lijm verwerkt in kleine batches van 50 – 100 gram met behulp van een on-hotmeltsysteem. Ze hebben niet altijd een volle tank van 5 liter op 170. Hierdoor wordt het energieverbruik van het lijmsysteem met 35-40 procent verminderd.

Conclusie

De efficiëntie van een fabrikant van een vuilniszakmachine komt voort uit de samenwerking van veel dingen. Deze omvatten het ontwerp van de machine (zoals tandemafdichting), bewegingscontrole (servo-aangedreven S--curve-indexering), automatisering (fly-shear roll-veranderingen), inline kwaliteitscontrole (vision-gebaseerde gesloten-luscorrectie), bedieningsmethoden (SMED-gebaseerd gereedschapsontwerp), onderhoudsplanning (voorspellende monitoring op basis van trillingen en koppel) en energieverbruik (regeneratief remmen en back-uptemperatuurregeling).

Elk onderdeel compenseerde een ander soort verlies. Deze verliestypen komen uit het OEE-framework. Ze zijn bruikbaarheid, prestaties en kwaliteit. En de effecten van die onderdelen tellen niet alleen op. Vermenigvuldig de twee.

Als een machine bijvoorbeeld elk verliesgebied met 15 procent vergroot, stijgt de totale productiviteit met ongeveer 55 procent. Niet 15 procent. Dit gebeurt omdat wanneer de prestaties en kwaliteit ook beter worden, er meer tijd overblijft voor productie.

Het is dit vermenigvuldigingseffect dat een echt productiviteits--engineeringsysteem anders maakt dan een sneller systeem.
 

Referenties

• ISO22400-2:2014.Automatiseringssystemen en integratie - Key performance indicators (KPI's) voor het beheer van productieactiviteiten - Deel 2: KPI-definities.
• Vereniging van Kunststofingenieurs (SPE).ANTEC Conferentieprocedure - Verblijftijd en sealsterkte bij hogesnelheidsafdichting van polyethyleenfilm.
• IEEE.Transacties op het gebied van industriële elektronica - S-Curve Motion-profielen voor flexibele filmindexering.
• TAPPI-conversiedivisie.Technische richtlijnen voor dimensionale herhaalbaarheid bij filmconversie.
• Europese vereniging van organisaties voor recycling en terugwinning van kunststoffen (EPRO).Operationele benchmarkinggegevens voor flexibele filmconverters.
• Vereniging voor verpakkings- en verwerkingstechnologieën (PMMI).Inline-inspectietechnologieën voor hoge-verpakkingslijnen.
• ISO9001:2015.Kwaliteitsmanagementsystemen - Vereisten.
• Japanse Management Associatie.Single-Minute Exchange of Die (SMED)-methodologie en implementatieframework.
• Instituut voor productieprestaties.OEE-benchmarkstudies voor het ombouwen van apparatuur.
• Vereniging van Manufacturing Engineers (MKB).Casestudy's voor voorspellend onderhoud in flexibele verpakkingen.
• ISO10816.Mechanische trillingen - Evaluatie van machinetrillingen door metingen aan niet-roterende onderdelen.
• Amerikaanse ministerie van Energie - Bureau voor energie-efficiëntie en hernieuwbare energie.Betrouwbaarheid van productiesystemen en onderhoudsrichtlijnen.
• Gemeenschappelijk Centrum voor Onderzoek van de Europese Commissie (JRC).BBT-referentiedocument voor de industrie voor het converteren van polymeerfilms.