Wie steigert eine Maschine zur Herstellung von Müllbeuteln die Produktivität?

Bei der Herstellung von Müllsäcken hängt die Effizienz der Produktion nicht nur von der Geschwindigkeit der Maschine ab. Eine Linie, die mit 250 Runden pro Minute läuft, kann immer noch 30 Prozent ihrer potenziellen Leistung verlieren. Diese Verluste sind auf Mikroausfallzeiten, Abfallverweigerung und lange Umrüstzeiten zurückzuführen. Zu den Methoden zur Verbesserung der tatsächlichen Produktivität einer Maschine zur Herstellung von Müllsäcken gehören Hardware-Engineering, Steuerungssoftware und Prozessdesign. Um diese Methoden zu verstehen, müssen wir uns die Höchstgeschwindigkeit der Maschine ansehen. Wir müssen verstehen, wie Maschinen bestimmte Arten von Verlusten beseitigen, die die Produktivität beeinträchtigen.

Unterscheidung zwischen theoretischem und produktivem Output

Die erste Regel der Produktivitätsanalyse lautet, dass Nenngeschwindigkeit und tatsächliche Leistung selten gleich sind. Die Internationale Organisation für Normung definiert diese Lücke durch ISO 22400-2 zu wichtigen Leistungsindikatoren für Fertigungsabläufe mit Overall Equipment Effectiveness (OEE). OEE vervielfacht Verfügbarkeit, Leistung und Qualitätsraten. Beispielsweise weist eine Maschine mit einer Leistung von 200 Beuteln pro Minute eine Ausfallzeit von 12 Prozent auf. Es läuft mit 85 Prozent seiner Höchstgeschwindigkeit, um Materialschwankungen zu bewältigen. Und das Produkt liegt zu 4 Prozent außerhalb der Spezifikation. Diese Maschine hat einen OEE von rund 63 Prozent. Damit gehen 37 Prozent seiner theoretischen Kapazität verloren.

Eine moderne Maschine zur Herstellung von Müllsäcken behebt jeden dieser drei Verlustbereiche durch spezifische technische Lösungen. Es ist nicht darauf angewiesen, dass der Betreiber auf Verluste achtet und diese reduziert. In den nächsten Abschnitten wird erläutert, wie die Maschine die einzelnen Verlustarten reduziert.

Tandem-Dichtungsarchitektur zur Durchsatzverdoppelung

Der direkteste Weg zur Produktivitätssteigerung besteht darin, das Design der Maschine zu ändern, und nicht darin, sie schneller laufen zu lassen. Alte Produktionslinie für Müllsäcke verwendet eine luftdichte Station. Jede Maschine an dieser Station verarbeitet einen Beutel. Jeder Zyklus besteht aus Schritten. Dichtungen werden geschlossen. Bei 160–200 Grad für 0,15–0,4 Sekunden schließen. Dann öffnen Sie es. Der Film bewegt sich dann um die Länge eines Beutels vorwärts. Der vollständige Zyklus dauert 0,4–0,6 Sekunden. Dadurch wird die Produktion auf etwa 100–150 Beutel pro Minute begrenzt.

Um die Produktionseffizienz zu verbessern, verwendet eine Maschine zur Herstellung von Müllsäcken eine serielle Siegelvorrichtung. Das bedeutet, dass zwischen zwei Siegelstationen gewechselt wird. Station B transportiert den Film und bereitet sich auf die Schließung vor, während Station A in der Stillstandszeit war. Die beiden Stationen teilen sich den gleichen Filmweg. Aber einer nach dem anderen arbeiten sie in verschiedenen Taschenpositionen. Dadurch wurde der Durchsatz auf 250–350 Beutel pro Minute verdoppelt. Die Aufenthaltsdauer wird dadurch nicht halbiert. Dies ist wichtig, da eine Verweildauer von weniger als 0,15 Sekunden die Versiegelung schwächt.

Die Society of Plastics Engineers (SPE) hat einen Fachartikel zur Hochgeschwindigkeitsversiegelung von Polyethylenfolien veröffentlicht. Die Arbeiten zeigen, dass bei normalen Versiegelungstemperaturen eine Verweilzeit von weniger als 0,12 Sekunden es den Polymerketten nicht ermöglicht, sich vollständig in der Versiegelung zu vermischen. Dadurch wird die Schälfestigkeit um 25–35 Prozent verringert. Das serielle Design sorgt für gute Ausfallzeiten. Gleichzeitig verdoppelt es die Anzahl der erzeugten Siegel pro Minute und Maschinenzeit. Dies führte zu einer 95-prozentigen Steigerung der Nettoproduktivität im Vergleich zum Single-Stop-Design. Dieser Anstieg berücksichtigt zusätzliche Wartungsarbeiten am zweiten Standort.

Servo-Angetriebene Filmindizierung und Beschleunigungsprofilierung

Der Dünnfilm-Vortriebsmechanismus zieht den Film durch die Siegel-, Perforations- und Schneidestationen. Das System war eine der Hauptursachen für Geschwindigkeitseinschränkungen und Produktvariabilität. Mechanische Nocken-indexierer haben ein festes Beschleunigungsmuster. Sie brachten ein hoch aufragendes Etikett auf die Polyethylenfolie. Ruck ist die Änderungsrate der Beschleunigung. Dadurch dehnt sich die Membran, ändert ihre Breite und bricht manchmal die Geschwindigkeit um mehr als 150 Runden pro Minute.

Servogetriebene Indexierer ersetzen Nocken durch ein programmierbares elektronisches Nockenprofil. Dieses Profil wird im Motion Controller gespeichert. Der Servomotor treibt Präzisionsrollenpaare an. Diese Zylinder haben normalerweise einen Durchmesser von 120–150 mm. Sie sind verchromt und haben eine Oberflächengüte von Ra 0,2-0,4 Mikrometer. Die Rolle hält die Folie fest und bewegt sich entsprechend der eingestellten Beutellänge vorwärts. Sie nutzen die Beschleunigungskurve der S--Kurve, um den Ruck zu begrenzen. Die IEEE Transactions on Industrial Electronics hat dies untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das S-Kurven-Bewegungsprofil das Spitzenverhältnis der Filmspannung im Vergleich zu einem konstanten Beschleunigungsprofil bei gleicher zyklischer Geschwindigkeit um 40 Prozent reduzieren kann. Dadurch kann die Maschine mit einer Geschwindigkeit von 250+ pro Minute auf einer 12 μm LLDPE-Folie arbeiten, ohne die Elastizitätsgrenze der Folie zu überschreiten.

Der Servoindexer hat eine Genauigkeit von ±0,3 mm für die Positionierung der Beutellänge. Diese Genauigkeit ist wichtig, da Schwankungen in der Beutellänge die nächsten Schritte beeinflussen können. Wenn der Papierbeutel mehr als 2 mm lang ist, ist der 500-Beutel-Verpackungskarton zu lang. Wenn der Stoffbeutel um 2 mm gekürzt wird, entspricht die Größe des Stoffbeutels nicht den Anforderungen. Die Verarbeitungsabteilung von TAPPI gibt an, dass die Maßwiederholgenauigkeit innerhalb von ±0,5 mm lag und die Abfallmenge im Vergleich zu ±2 mm-Toleranzen um 60–70 Prozent reduziert wurde.

Automatisierter Rollenwechsel mit Flying Splice

Der Rollenwechsel ist eine der häufigsten Ursachen für ungeplante Ausfallzeiten im Absackprozess. Die Standardrolle mit 500 kg ist 1.200 mm breit und die 15 μm LDPE-Folie hat eine Länge von etwa 28.000 Laufmetern. Das reicht für etwa 35.000 Standard-800-mm-Beutel. Bei 250 Beuteln pro Minute können Ihnen die Brötchen in etwa 140 Minuten ausgehen. Es gibt also 8-10 Lautstärkeänderungen pro Schicht.

Das manuelle Zurückspulen dauert jeweils 8–15 Minuten. Sie müssen die Maschine anhalten, den leeren Kern herausnehmen, ihn in eine neue Trommel laden, das Ende der Folie mit dem laufenden Draht verbinden und ihn erneut einfädeln. Das entspricht 60–120 Minuten Produktionsausfall pro Schicht. Müllbeutelhersteller mit automatischen Wickelmaschinen verkürzen die Zeit für jeden Wechsel auf 30–45 Sekunden. Es wurde mit voller Geschwindigkeit gespleißt.

So funktioniert das Fly{0}}Trinkgeldsystem. Die sekundäre Entfaltungsposition hält die Ersatzrolle bereit. Die Vorderkante war mit Klebeband gesichert. Der Lasersensor erkennt dies, wenn der Durchmesser der Laufrolle das eingestellte Minimum erreicht. Das Steuerungssystem beschleunigt dann die Standby-Rolle, um sie an die Liniengeschwindigkeit anzupassen. Es drückt den heißen Mosaikstab gegen die Überlappungsstelle. Es hat das alte Netz abgeschnitten. Das alles geschieht in 2–3 Sekunden. Maschinen bleiben nie stehen.

Die European Association of Plastics Recycling and Recovery Organizations (EPRO) verfügt über operative Benchmarking-Daten für flexible Folienverarbeiter. Die Daten zeigen, dass das automatisierte Spleißsystem die durchschnittliche Ausfallzeit pro Schicht aufgrund von Rollenwechseln um 85 bis 92 Prozent reduzierte. Dadurch können 50–100 Minuten Produktionszeit pro Schicht wiederhergestellt werden.

Inline-Fehlererkennung und Closed-Loop-Korrektur

Qualitätsverluste sind eine Menge Spezifikationen, die weggeworfen oder in minderwertiger Qualität verkauft werden müssen. Diese machen typischerweise 3–6 Prozent der Maschinenproduktion ohne Inline-Inspektion aus. Auf der Hochgeschwindigkeitsstrecke 250+ Gepäckstücke pro Stunde- führte ein Qualitätsproblem, das auch nur 90 Sekunden lang unbemerkt blieb, zu 375 fehlerhaften Gepäckstücken.

Ein modernes maschinelles Bilderkennungssystem hat zwei Schlüsselpunkte.

Seal Check verwendet eine 2.048–4.096 Pixel hohe-Auflösung-Drahtscankamera. Die Kameras erfassen die untere Versiegelung, sobald sie hergestellt ist. Das System prüft die Gleichmäßigkeit der Dichtungsbreite. Es findet unvollständige Verschmelzung oder Kälte statt. Es erkennt auch in der Dichtung eingeschlossene Verunreinigungen wie Gelpartikel oder Staub. Die Association for Packaging and Processing Technologies (PMMI) gab an, dass die Inline-Wärmebildtechnik mit sichtbarem Licht 98 Prozent der Siegelfehler bei Geschwindigkeiten von mehr als 300 Beuteln pro Minute erkannte.

Bei der Perforationsprüfung kommt eine zweite Kamera zum Einsatz. Die Kamera prüft die Tiefe und Gleichmäßigkeit der Perforation. Eine Punktion, die durch einen flachen Staubeutel verursacht wurde. Eine zu tiefe Wunde führt dazu, dass die Beutel in der Verpackung vorzeitig reißen. Das System misst an jeder Perforationsstelle die Dicke der verbleibenden Materialbrücke. Es markiert Beutel außerhalb des Toleranzbereichs von 0.5 -1.5 mm.

Wenn ein Defekt erkannt wird, schlägt das System nicht nur Alarm. Es sendet Messdaten zurück an die Siegel- und Perforationssteuerung. Wenn die Siegeltemperatur zu niedrig ist und die Verschmelzung unvollständig ist, erhöht die Steuerung den Einstellpunkt automatisch um 2–3 Grad C. Wenn die Perforationstiefe zu gering ist, erfolgt die Servoeinstellung der Klingentiefe um 0,02 mm. Diese geschlossene -Korrektur wird gemäß Artikel 8.5.1 des ISO 9001-Qualitätsmanagementrahmens für die Ausgabe des Kontrollprozesses genehmigt. Es reduziert den qualitätsbedingten Abfall von 3–6 Prozent auf unter 0,5 Prozent. Dies entspricht 6 – 12 zusätzlichen Produktionsminuten pro Stunde.

Schnell-Werkzeugwechsel für die Multiformatproduktion

Mit der Erweiterung des Müllbeutelsortiments werden auch die Größen erweitert, beispielsweise von 20--Liter-Küchenbeuteln bis hin zu 240-Liter-Müllbeuteln. Auch die Stärken variieren, von dünnen Beuteln mit 12 Mikrometern bis hin zu 35 μm-Hochleistungsbeuteln. Und verschiedene Stile, wie Flachsiegel, Sternsiegel, Reißverschluss, Siegel usw. Daher ist der schnelle Wechsel zwischen diesen Typen ein Schlüsselfaktor für die Leistung.

Das SMED ist die SMED-Methode der Japan Management Association. Viele Fabriken nutzen es, um Arbeitsplätze zu wechseln. SMED teilt die Rüstzeit in zwei Teile. Interne Einstellungen bedeuten, dass die Maschine anhalten musste. Externe Einstellungen sorgen dafür, dass Sie bereit sind, während die Maschine weiterläuft. Eine Maschine zur Herstellung von Müllsäcken, die den SMED-Regeln entspricht, verfügt über diese Funktionen.

• Schnell-lösbare Dichtungen mit Cam-Lock-Hebel anstelle von Bolzenschneidern. Dadurch konnte die Zeit für den Austausch von Barcodes von 20 Minuten auf weniger als 3 Minuten verkürzt werden.
• Werkzeugwagen im Voraus bereitgestellt. Sie halten die Schweißbalken, Perforationsmesser und Faltplatten des nächsten Formats direkt in der Maschine. Sie werden im aktuellen Lauf eingerichtet.
• Servoanpassungen nach Rezept. Die Länge, Faltbreite und Perforationsposition dieser Kontrollbeutel. Die SPS ruft sie in fünf Sekunden auf. Und es bedarf keiner mechanischen Änderung.
• Die Verbindungspunkte der Gewindeführungsschienen und Bandklebestationen sind farblich gekennzeichnet. Daher muss der Bediener kein Handbuch durchsehen, um den richtigen Pfad zu finden und anzuschließen.

ISO 22400-2 OEE-Regeln werden vom Institute of Manufacturing Performance verwendet. Sie fanden heraus, dass SMED-basierte Beutelmaschinen in der Lage waren, das gesamte Format in sechs bis zehn Minuten zu ändern. Dies beinhaltet die Qualitätsprüfung des ersten Artikels. Aber die durchschnittliche Maschine braucht 30–45 Minuten. Bei Anlagen mit 4–6 Formatwechseln pro Schicht können Sie 90–180 Minuten Arbeitszeit einsparen.

Vorausschauende Wartung und Geräteverfügbarkeit

Ungeplante Ausfallzeiten entstehen durch einen Komponentenausfall. Beispielsweise stecken Lager fest, Dichtungsheizungen brennen durch oder eine Perforationsklinge verschleißt. Der Shutdown hat der Produktivität am meisten geschadet. Weil es ohne Vorwarnung passiert. Sie müssen das Problem finden, bevor Sie es lösen können.

Das Institut der Society of Manufacturing Engineers hat einige Daten veröffentlicht. Die ungeplante Ausfallzeit der Packers dauerte vom Ausfall bis zum Neustart 45 bis 90 Minuten, wie die Daten zeigten. Allein die Diagnose dauert 25-40 Minuten.

Predictive Maintenance löst dieses Problem. Es hat den Zustand der Teile überprüft. Es gibt eine Warnung aus, wenn ein Teil schlechter wird, aber nicht ausfällt. Zu den Dos und Don'ts eines Herstellers einer Müllbeutelmaschine gehören:

Vibrationssensoren sind am Lager der Siegelstation montiert. Beschleunigungssensoren messen die Schwingungsmuster von Lagern. Wenn der Abriss der Lager beginnt, ändert sich offensichtlich die Schwingungsfrequenz. Die Veränderung kann zwischen 200 und 400 Betriebsstunden erkannt werden, bevor das Lager vollständig kaputt geht. Dies entspricht den ISO 10816-Regeln für die Prüfung mechanischer Vibrationen. Diese Frühwarnung gibt Ihnen Zeit, die Lager während eines geplanten Wartungsstopps zu wechseln.

Überprüfen Sie den Widerstand der Dichtungsheizung durch Überwachung. Die Dichtung enthält eine Heizpatrone. Mit zunehmendem Alter der Heizgeräte nimmt auch ihr Widerstand zu. Anhand der Widerstandstrends können Sie erkennen, wann sich Heizgeräte dem Ende ihrer Lebensdauer nähern. Dies verhindert Fehlfunktionen der Dichtungstemperaturen während der Zirkulation. Wenn ein solcher Fehler auftritt, würde dies zu Hunderten von gebrochenen Siegeln führen, bevor der Bediener es bemerkt.

Auch die Perforation-Klingenkanten wurde überwacht. In den meisten Fällen kann der Sensor jedoch nicht direkt an der Klinge montiert werden. Stattdessen messen Sie die für Silhouetten erforderliche Kraft. Diese Kraft wird aus der Drehmomentrückmeldung des flügelgetriebenen Servosystems abgelesen. Die Klinge wird stumpf und die Kraft steigt. Wenn das Drehmoment 15 bis 20 Prozent höher als normal ist, müssen die Messer ausgetauscht werden. Sie können also planen, es zu schleifen oder zu ersetzen, anstatt darauf zu warten, dass sich die Schnittqualität verschlechtert, und es dann zu reparieren.

Vereinigte USA. Das Büro für Energieeffizienz und erneuerbare Energien des Energieministeriums bietet Leitlinien zur Zuverlässigkeit von Fertigungssystemen. Es heißt, dass die vorausschauende Wartung von Soft-Geräten ungeplante Ausfallzeiten um 35–45 Prozent reduzieren kann. Außerdem reduzieren sie die Wartungskosten im Vergleich zur passiven Wartung um 20–30 Prozent.

Energiemanagement und nachhaltige Produktivität

Eine höhere Produktivität kann mehr Energie verbrauchen. Dies kann Ihre Ersparnisse verringern. Dies gilt insbesondere dort, wo die Strompreise hoch sind oder CO2-Steuern erhoben werden. Eine Maschine zur Herstellung von Müllsäcken zeichnet sich dadurch aus, dass sie Energie spart und den Stromverbrauch steuert.

• Eines der Features ist die servoregenerative Bremsung. Der Film-Indexierungsservo bremst in jedem Zyklus von voller Geschwindigkeit auf Null ab, der Motor wird zum Generator. Es sendet kinetische Energie zurück an den DC-Bus. Bei schnellen Maschinen mit mehr als 250 Zyklen pro Minute kann diese recycelte Energie 15–25 Prozent des Gesamtstrombedarfs des Servosystems decken.
• Eine weitere Funktion ist die Dichtungs-Backup-Steuerung. Bei Rollenwechseln, Formatwechseln oder kurzen Produktionsunterbrechungen werden die Siegeltemperaturen auf 85–90 Prozent des Arbeitseinstellungspunkts gehalten. Es kommt nicht immer auf Zimmertemperatur an. Die Gemeinsame Forschungsstelle (JRC) der Europäischen Kommission verfügt über ein Referenzpapier zur Polymerfolienverarbeitung. Der Standby-Modus reduziert die Zeit, die zum Wiederaufheizen des Siegelbalkens benötigt wird, von 4–6 Minuten auf weniger als 60 Sekunden, heißt es. Es verbraucht 40 Prozent weniger Energie als das vollständige Nachheizen.
• Auch Schmelzen mit bedarfsgerechtem Klebstoff wird verwendet. Bei Maschinen, die Klebeband zur Herstellung von Kordelzugbeuteln verwenden, wird der Klebstoff in kleinen Chargen von 50–100 Gramm mit einem On-Demand-Hotmelt-System verarbeitet. Sie haben nicht immer einen vollen 5-Liter-Tank bei 170. Dadurch reduziert sich der Energieverbrauch des Klebesystems um 35–40 Prozent.

Abschluss

Die Effizienz eines Herstellers einer Müllbeutelmaschine beruht auf der Zusammenarbeit vieler Dinge. Dazu gehören das Design der Maschine (z. B. Tandemdichtung), Bewegungssteuerung (servo{1}}getriebene S--Kurvenindexierung), Automatisierung (Fly-Scherwalzenwechsel), Inline-Qualitätskontrolle (visionsbasierte Closed-{5}}Korrektur), Betriebsmethoden (SMED-basiertes Werkzeugdesign), Wartungsplanung (vorausschauende Überwachung basierend auf Vibration und Drehmoment) und Energieverbrauch (regeneratives Bremsen und Backup-Temperaturregelung).

Jeder Teil machte einen anderen Verlust wett. Diese Verlusttypen stammen aus dem OEE-Framework. Sie sind Benutzerfreundlichkeit, Leistung und Qualität. Und die Auswirkungen dieser Teile summieren sich nicht einfach. Multiplizieren Sie die beiden.

Wenn eine Maschine beispielsweise jede Verlustfläche um 15 Prozent vergrößert, erhöht sich die Gesamtproduktivität um etwa 55 Prozent. Nicht 15 Prozent. Denn wenn auch Leistung und Qualität besser werden, bleibt mehr Zeit für die Produktion.

Es ist dieser Multiplikationseffekt, der ein echtes Produktivitäts-{0}Engineering-System von einem bloß schnelleren unterscheidet.
 

Referenzen

• ISO 22400-2:2014.Automatisierungssysteme und Integration - Key Performance Indicators (KPIs) für das Produktionsbetriebsmanagement - Teil 2: KPI-Definitionen.
• Gesellschaft der Kunststoffingenieure (SPE).ANTEC-Konferenzbeiträge - Verweilzeit und Siegelfestigkeit bei der Hochgeschwindigkeitsversiegelung von Polyethylenfolien.
• IEEE.Transaktionen auf Industrieelektronik - S-Kurvenbewegungsprofilen für die flexible Filmindizierung.
• TAPPI-Verarbeitungsabteilung.Technische Richtlinien zur Dimensionswiederholbarkeit bei der Filmverarbeitung.
• Europäischer Verband der Kunststoffrecycling- und -rückgewinnungsorganisationen (EPRO).Operative Benchmarking-Daten für flexible Folienverarbeiter.
• Verband für Verpackungs- und Verarbeitungstechnologien (PMMI).Inline-Inspektionstechnologien für Hochgeschwindigkeitsverpackungslinien.
• ISO 9001:2015.Qualitätsmanagementsysteme - Anforderungen.
• Japan Management Association.Single-Minute Exchange of Die (SMED)-Methodik und Implementierungsrahmen.
• Institut für Fertigungsleistung.OEE-Benchmarking-Studien für Verarbeitungsanlagen.
• Gesellschaft der Fertigungsingenieure (SME).Fallstudien zur vorausschauenden Wartung in flexiblen Verpackungen.
• ISO 10816.Mechanische Vibration -Bewertung von Maschinenvibrationen durch Messungen an nicht rotierenden Teilen.
• US-Energieministerium - Büro für Energieeffizienz und erneuerbare Energien.Leitfaden zur Zuverlässigkeit und Wartung von Fertigungssystemen.
• Gemeinsame Forschungsstelle der Europäischen Kommission (JRC).BVT-Referenzdokument für die Polymerfilmverarbeitungsindustrie.