I processen för produktion av soppåsar är effektiviteten i produktionen inte bara maskinens hastighet. En linje som går med 250 varv per minut kan fortfarande förlora 30 procent av sin potentiella effekt. Dessa förluster beror på mikroavbrott, vägran att slösa och långa omställningstider. Metoderna för att förbättra den faktiska produktiviteten hos en maskin för att tillverka soppåsar inkluderar hårdvaruteknik, styrmjukvara och processdesign. För att förstå dessa metoder måste vi titta på maskinens topphastighet. Vi måste förstå hur maskiner eliminerar specifika typer av förluster som försämrar produktiviteten.
Att skilja teoretisk och produktiv produktion
Den första regeln för produktivitetsanalys är att nominell hastighet och faktisk produktion sällan är samma. International Organization for Standardization, genom ISO 22400-2 om nyckelprestandaindikatorer för tillverkningsverksamhet, definierar detta gap med Overall Equipment Effectiveness, eller OEE. OEE multiplicerar tillgänglighet, prestanda och kvalitet. Till exempel har en maskin med 200 säckar per minut 12 procent stilleståndstid. Den går med 85 procent av sin toppfart för att hantera materialvariation. Och det är 4 procent-utanför specifikationerna. Denna maskin har en OEE på cirka 63 procent. Så 37 procent av dess teoretiska kapacitet går förlorad.
En modern maskin för att tillverka soppåsar fixar vart och ett av dessa tre förlustområden med specifika tekniska lösningar. Den förlitar sig inte på att operatören ser efter och minskar förlusterna. Nästa avsnitt tittar på hur maskinen minskar varje typ av förlust.
Tandem tätningsarkitektur för dubblering av genomströmning
Det mest direkta sättet att förbättra produktiviteten är att ändra maskinens design, inte att få den att gå snabbare. Gammal soppåsproduktionslinje använder en lufttät station. Varje maskin på denna station bearbetar en påse. Varje cykel har steg. Tätningar stängs. Stäng vid 160-200 grader i 0,15-0,4 sekunder. Öppna den sedan. Filmen flyttar sedan längden på en påse framåt. Hela cykeln tar 0,4–0,6 sekunder. Det begränsar produktionen till cirka 100–150 påsar per minut.
För att förbättra produktionseffektiviteten använder A Garbage Bag Making Machine seriell tätningsanordning. Det innebär att växla mellan två tätningsstationer. Station B flyttar film och förbereder stängning när Station A var i stillestånd. De två stationerna delar samma filmbana. Men en efter en jobbar de i olika väskpositioner. Detta har fördubblat genomströmningen till 250–350 påsar per minut. Detta kommer inte att halvera vistelsetiden. Detta är viktigt eftersom en vistelse på mindre än 0,15 sekunder försvagar tätningen.
Society of Plastics Engineers (SPE) har ett tekniskt dokument om höghastighets-polyetenfilmförsegling. Dokumenten visar att vid normala förseglingstemperaturer tillåter en uppehållstid på mindre än 0,12 sekunder inte polymerkedjorna att helt blandas genom förseglingen. Detta kommer att minska skalhållfastheten med 25–35 procent. Seriedesign upprätthåller god stilleståndstid. Samtidigt fördubblar den antalet tätningar som genereras per minut med maskintid. Detta resulterade i en ökning av nettoproduktiviteten med 95 procent jämfört med design med enkla{10}}stopp. Denna ökning har tagit hänsyn till ytterligare underhållsarbete på den andra platsen.
Servo-driven filmindexering och accelerationsprofilering
Framdrivningsmekanismen för tunnfilm drar filmen genom tätnings-, perforerings- och skärstationer. Systemet har varit en viktig orsak till hastighetsbegränsningar och produktvariationer. Mekaniska kam-drivna indexerare har ett fast accelerationsmönster. De satte en höga etikett på polyetenfilmen. Ryck är förändringshastigheten i accelerationen. Detta gör att membranet sträcker sig, ändrar bredd och ibland bryter hastigheten med mer än 150 varv per minut.
Servodrivna indexerare ersätter kammar med en programmerbar elektronisk kamprofil. Denna profil lagras i rörelsekontrollern. Servomotorn driver precisionsrullpar. Dessa cylindrar är vanligtvis 120–150 mm i diameter. De är förkromade-och har en ytfinish på Ra 0,2-0,4 mikron. Rullen håller filmen tätt och rör sig framåt enligt påsens inställda längd. De använder S-kurvans accelerationskurva för att begränsa ryck. IEEE Transactions on Industrial Electronics studerade detta. Resultaten visar att S-kurvans rörelseprofil kan reducera toppfilmspänningsförhållandet med 40 procent jämfört med konstant accelerationsprofil vid samma cykliska hastighet. Detta gör att maskinen kan arbeta med en hastighet av 250+ per minut på en 12 μm LLDPE-film utan att överskrida filmens elastiska gräns.
Servoindexern har en noggrannhet på ±0,3 mm för positionering av påslängd. Denna noggrannhet är viktig eftersom variationer i påsens längd kan påverka nästa steg. Om papperspåsen är skuren mer än 2 mm i längd är kartongen med 500 påsar för lång. Om tygpåsen är avskuren med 2 mm uppfyller inte storleken på tygpåsen kraven. Konverteringsavdelningen vid TAPPI säger att den dimensionella repeterbarheten låg inom ±0,5 mm och att volymavfallet minskade med 60–70 procent jämfört med ±2 mm toleranser.
Automatiserad rullbyte med Flying Splice
Bytet av vals är en av de största orsakerna till oplanerade stillestånd i påsningsprocessen. Standardrullen på 500 kg är 1 200 mm bred och 15 μm LDPE-filmen är cirka 28 000 linjära meter. Det räcker till ungefär 35 000 standardpåsar på 800 mm. Vid 250 påsar i minuten kan du få slut på semlor på cirka 140 minuter. Det är alltså 8-10 volymförändringar per skift.
Manuell tillbakaspolning tar 8–15 minuter åt gången. Du måste stoppa maskinen, ta ut den tomma kärnan, ladda den i en ny trumma, skarva filmens ände med den löpande tråden och trä om den. Det motsvarar 60–120 minuters förlorad produktion per skift. Sopsäckstillverkare med automatiska rullmaskiner förkortar tiden för varje byte till 30–45 sekunder. Den skarvade i full fart.
Det är så flug-tippsystemet fungerar. Det sekundära utrullningsläget håller ersättningsrullen redo. Dess framkant säkrades med tejp. Lasersensorn känner av detta när diametern på löprullen når det inställda minimumet. kontrollsystemet påskyndar sedan standbyrullningen för att matcha linjehastigheten. Den pressar den varma mosaikpinnen mot överlappningspunkten. Det klippte det gamla nätet. Allt detta händer på 2–3 sekunder. Maskiner stannar aldrig.
European Association of Plastics Recycling and Recovery Organisations (EPRO) har operativa benchmarkingdata för flexibla filmomvandlare. Data visar att automatiserat skarvsystem minskade den genomsnittliga stilleståndstiden per skift från rullbyten med 85 – 92 procent. Detta kan återställa 50-100 minuters produktionstid per skift.
Inline defektdetektering och sluten-slingakorrigering
Kvalitetsförluster är en påse gjord av specifikationer som ska slängas eller säljas i lägre kvalitet. Dessa står vanligtvis för 3–6 procent av maskinproduktionen utan inline-inspektion. På 250+ säckar per timme höghastighetståg, resulterade ett kvalitetsproblem som förblir obemärkt i 90 sekunder i 375 dåliga väskor.
Modernt maskinseendedetekteringssystem har två nyckelpunkter.
Seal Check använder en 2 048 – 4 096 pixlar högupplöst-trådskamera-. Kamerorna kommer att avbilda bottenförseglingen så snart den är gjord. System kontrollera tätningens breddjämnhet. Den finner ofullständig sammansmältning, eller kyla. Den hittar också föroreningar som gelpartiklar eller damm som fastnat i tätningen. Association for Packaging and Processing Technologies (PMMI) sa att inline termisk avbildning med hjälp av synligt ljus upptäckte 98 procent av tätningsdefekterna med hastigheter på mer än 300 påsar per minut.
Perforeringsinspektion använder en andra kamera. Kameran kontrollerar perforeringens djup och enhetlighet. En punktering orsakad av en ytlig tourniquetpåse. Ett för djupt sår gör att påsarna rivs i förtid i omslaget. Systemet mäter tjockleken på den kvarvarande materialbryggan vid varje perforeringspunkt. Den markerar påsar utanför 0.5 -1.5 mm toleransintervall.
När en defekt upptäcks, larmar systemet inte bara. Den skickar mätdata tillbaka till tätnings- och perforeringskontrollerna. Om tätningstemperaturen är för låg och sammansmältningen är ofullständig höjer styrenheten automatiskt inställningspunkten 2 – 3 grader C. Om perforeringsdjupet är för grunt, servojustering av bladdjupet 0,02 mm. Denna slutna-slingkorrigering är godkänd i enlighet med artikel 8.5.1 i ISO 9001 kvalitetsledningsramverket för resultatet av kontrollprocessen. Det minskar kvalitetsrelaterat-avfall från 3–6 procent till under 0,5 procent. Detta motsvarar 6 – 12 extra produktionsminuter per timme.
Snabb-ändringsverktyg för multi-formatproduktion
I takt med att papperskorgen expanderar kommer även storlekarna att växa, som från 20-liters kökspåsar till 240-liters papperskorgar. Mätarna varierar också, från tunna påsar på 12 mikron till 35 μm tunga påsar. Och olika stilar, såsom platt tätning, stjärnförsegling, dragkedja, tätning, etc. Därför är snabb växling mellan dessa typer en nyckelfaktor i produktionen.
SMED SMED-metoden av The Japan Management Association. Många fabriker använder det för att byta jobb. SMED delar upp inställningstiden i två delar. Interna inställningar innebär att maskinen var tvungen att stanna. Externa inställningar innebär att du kan vara redo när maskinen fortsätter att gå. En maskin för att tillverka soppåsar som följer SMED-reglerna har dessa funktioner.
- Snabbsläpp-tätningar med kamlåsspak istället för bultsaxar. Som ett resultat har tiden det tar att byta streckkoder minskat från 20 minuter till mindre än 3 minuter.
- Verktygsvagnar på plats i förväg. De håller nästa formats tätningsstänger, perforeringsblad och vikplåtar direkt i maskinen. De ställs in i den aktuella körningen.
- Servojusteringar enligt recept. Dessa kontrollväskors längd, vikbredd och perforeringsposition. PLC kommer att anropa dem om fem sekunder. Och den behöver ingen mekanisk förändring.
- Anslutningspunkterna för de gängade styrskenorna och tejpbindningsstationerna är färgkoder. Därför behöver operatören inte titta i någon manual för att hitta och koppla rätt väg.
ISO 22400-2 OEE-regler används av Institute of Manufacturing Performance. De fann att SMED-baserade påsmaskiner kunde ändra hela formatet på sex till 10 minuter. Den här inkluderar kvalitetskontroller av första föremål. Men den genomsnittliga maskinen tar 30–45 minuter. För anläggningar som byter 4–6 format per skift kan du spara 90–180 minuters arbetstid.
Prediktivt underhåll och utrustningstillgänglighet
Oplanerad driftstopp kommer från ett komponentfel. Till exempel, lager fastnar, tätningsvärmare brinner ut eller ett perforeringsblad slits ut. Avstängningen har skadat produktiviteten mest. För det sker utan förvarning. Du måste hitta problemet innan du kan lösa det.
Institutet för The Society of Manufacturing Engineers släppte några uppgifter. Den oplanerade stilleståndstiden för Packers tog 45 till 90 minuter från avbrottet att starta om, visade data. Enbart diagnos tar 25-40 minuter.
Förutsägande underhåll löser detta problem. Den har kontrollerat delarnas hälsa. Det ger en varning när en del blir sämre men inte misslyckas. Vad man bör och inte bör göra för en maskintillverkare för soppåsar inkluderar:
Vibrationssensorer är monterade på lager av tätningsstation. Accelerationssensorer mäter lagers vibrationsmönster. När loppet-avlastning av lager börjar ändras vibrationsfrekvensen uppenbarligen. Förändringen kan detekteras mellan 200 och 400 arbetstimmar innan lagret går sönder helt. Detta uppfyller ISO 10816-reglerna för mekanisk vibrationsinspektion. Denna tidiga varning ger dig tid att byta lager under ett planerat underhållsstopp.
Kontrollera tätningsvärmarens motstånd genom övervakning. Tätningen innehåller en patronvärmare. När värmare åldras, ökar också deras motstånd. Genom att titta på motståndstrender kan du se när värmare närmar sig slutet av sin livslängd. Detta förhindrar att tätningstemperaturerna inte fungerar under cirkulationen. Om ett sådant fel inträffade, skulle det orsaka hundratals brutna tätningar innan någon operatör märkte det.
Perforerings-bladskanter var också under övervakning. Men i de flesta fall kan sensorn inte monteras direkt på bladet. Istället mäter du kraften som krävs för silhuetter. Denna kraft avläses från vridmomentåterkopplingen från det skoveldrivna servosystemet. Bladet mattas och kraften går upp. När vridmomentet är 15 – 20 procent högre än normalt betyder det att bladen måste bytas ut. Så du kan planera att slipa eller byta ut den istället för att vänta på att skärkvaliteten försämras och sedan fixa den.
Förenade USA. Energy Efficiency and Renewable Energy Office vid Department of Energy ger vägledning om tillförlitlighet i tillverkningssystem. Det står att förutsägande underhåll av mjuka-enheter kan minska oplanerad driftstopp med 35–45 procent. De minskar också underhållsarbetskostnaderna med 20–30 procent jämfört med passivt underhåll.
Energihushållning och hållbar produktivitet
Högre produktivitet kan använda mer energi. Detta kan minska dina besparingar. Detta gäller särskilt där elpriserna är höga eller koldioxidskatter påförs. En maskin för att tillverka soppåsar har egenskaperna att spara energi och hantera elförbrukningen.
- Servo regenerativ bromsning är en av funktionerna. filmen-indexeringsservot bromsar från full hastighet till noll i varje cykel, motorn blir en generator. Den skickar kinetisk energi tillbaka till DC-bussen. På snabba maskiner som kör mer än 250 cykler per minut kan denna återvunna energi täcka 15–25 procent av servosystemets totala effektbehov.
- Seal backup kontroll är en annan funktion. Under rullbyten, formatändringar eller korta produktionsstopp hålls tätningstemperaturerna på 85–90 procent av arbetsinställningspunkten. Det kommer inte alltid ner till rumstemperatur. Europeiska kommissionens gemensamma forskningscenter (JRC) har ett referensdokument om polymerfilmkonvertering. Standby-läget minskar tiden det tar att värma upp tätningsstången från 4–6 minuter till mindre än 60 sekunder, stod det. Den använder 40 procent mindre energi än full eftervärmning.
- Smältning med-lim används också. För maskiner som använder tejp för att göra påsar med dragsko, bearbetas limmet i små satser om 50 – 100 gram med hjälp av ett -smältsystem på begäran. De har inte en full 5-liters tank på 170 hela tiden. Detta minskar limsystemets energiförbrukning med 35–40 procent.
Slutsats
Effektiviteten hos en maskintillverkare för soppåsar kommer från att många saker fungerar tillsammans. Dessa inkluderar maskinens design (som tandemförsegling), rörelsekontroll (servo-driven S-kurvindexering), automatisering (byte-skjuvrulleändringar), inline kvalitetskontroll (vision-baserad sluten-slingkorrigering), driftmetoder (SMED-baserad på verktygsdesign och underhållsövervakning, baserad på förutsägande verktygsdesign och underhållsövervakning) (regenerativ bromsning och reservtemperaturkontroll).
Varje del kompenserade för en annan typ av förlust. Dessa förlusttyper kommer från OEE-ramverket. De är användbarhet, prestanda och kvalitet. Och effekterna av de delarna går inte bara ihop. Multiplicera de två.
Till exempel, om en maskin ökar varje förlustområde med 15 procent, ökar den totala produktiviteten med cirka 55 procent. Inte 15 procent. Detta beror på att när prestanda och kvalitet också blir bättre, återstår mer tid för produktion.
Det är denna multiplikationseffekt som gör ett verkligt produktivitets-tekniksystem annorlunda än bara ett snabbare.
Referenser
- ISO 22400-2:2014.Automationssystem och integration - Key Performance Indicators (KPIs) for manufacturing operations management - Del 2: KPI-definitioner.
- Society of Plastics Engineers (SPE).ANTEC Conference Proceedings - Dwell Time and Seal Strength in High- High Speed Polyethylene Film Sealing.
- IEEE.Transaktioner på industriell elektronik - S-Curve Motion Profiler för flexibel filmindexering.
- TAPPI Converting Division.Tekniska riktlinjer för dimensionell repeterbarhet vid filmkonvertering.
- European Association of Plastics Recycling and Recovery Organisations (EPRO).Operativa benchmarkingdata för flexibla filmomvandlare.
- Association for Packaging and Processing Technologies (PMMI).Inline-inspektionstekniker för höghastighetsförpackningslinjer-.
- ISO 9001:2015.Kvalitetsledningssystem - Krav.
- Japan Management Association.Single-Minute Exchange of Die (SMED) metod och implementeringsramverk.
- Manufacturing Performance Institute.OEE Benchmarking Studies for Converting Equipment.
- Society of Manufacturing Engineers (SME).Fallstudier för prediktivt underhåll i flexibla förpackningar.
- ISO 10816.Mekanisk vibration - Utvärdering av maskinvibration genom mätningar på icke-roterande delar.
- US Department of Energy - Office of Energy Efficiency and Renewable Energy.Vägledning för tillförlitlighet och underhåll av tillverkningssystem.
- Europeiska kommissionens gemensamma forskningscentrum (GFC).BAT-referensdokument för industrin för omvandling av polymerfilm.
