¿Cómo aumenta la productividad una máquina para fabricar bolsas de basura?

En el proceso de producción de bolsas de basura, la eficiencia de la producción no es sólo la velocidad de la máquina. Una línea que funciona a 250 vueltas por minuto aún puede perder el 30 por ciento de su producción potencial. Estas pérdidas se deben a los microtiempos de inactividad, a la negativa a desperdiciar y a los largos tiempos de cambio. Los métodos para mejorar la productividad real de una máquina para fabricar bolsas de basura incluyen ingeniería de hardware, software de control y diseño de procesos. Para comprender estos métodos, debemos observar la velocidad máxima de la máquina. Necesitamos entender cómo las máquinas eliminan tipos específicos de pérdidas que perjudican la productividad.

Distinguir la producción teórica y productiva

La primera regla del análisis de la productividad es que la velocidad nominal y la producción real rara vez son iguales. La Organización Internacional de Normalización, a través de la norma ISO 22400-2 sobre indicadores clave de rendimiento para las operaciones de fabricación, define esta brecha con la eficacia general del equipo (OEE). OEE multiplica los índices de disponibilidad, rendimiento y calidad. Por ejemplo, una máquina con capacidad de 200 bolsas por minuto tiene un tiempo de inactividad del 12 por ciento. Funciona al 85 por ciento de su velocidad máxima para manejar la variación del material. Y produce un 4 por ciento-de productos que no cumplen con las especificaciones. Esta máquina tiene un OEE de aproximadamente el 63 por ciento. Se pierde así el 37 por ciento de su capacidad teórica.

Una moderna máquina para fabricar bolsas de basura repara cada una de estas tres áreas de pérdida con soluciones de ingeniería específicas. No depende del operador para vigilar y reducir las pérdidas. Las siguientes secciones analizan cómo la máquina reduce cada tipo de pérdida.

Arquitectura de sellado en tándem para duplicar el rendimiento

La forma más directa de mejorar la productividad es cambiar el diseño de la máquina, no hacerla funcionar más rápido. La antigua línea de producción de bolsas de basura utiliza una estación hermética. Cada máquina de esta estación procesa una bolsa. Cada ciclo tiene pasos. Los sellos se cierran. Cierre a 160-200 grados durante 0,15-0,4 segundos. Entonces ábrelo. Luego, la película avanza a lo largo de una bolsa. El ciclo completo dura entre 0,4 y 0,6 segundos. Eso limita la producción a entre 100 y 150 bolsas por minuto.

Para mejorar la eficiencia de la producción, una máquina para fabricar bolsas de basura adopta un dispositivo de sellado en serie. Esto significa alternar entre dos estaciones de sellado. La estación B está moviendo película y preparándose para cerrar cuando la estación A estaba en tiempo de inactividad. Las dos estaciones comparten el mismo recorrido cinematográfico. Pero uno a uno trabajan en diferentes posiciones de la bolsa. Esto ha duplicado el rendimiento a 250-350 bolsas por minuto. Esto no reducirá a la mitad la duración de la estancia. Esto es importante porque una estancia inferior a 0,15 segundos debilita el sello.

La Sociedad de Ingenieros Plásticos (SPE) tiene un documento técnico sobre el sellado de películas de polietileno de alta-velocidad. Los artículos muestran que a temperaturas normales del sello, un tiempo de residencia de menos de 0,12 segundos no permite que las cadenas de polímeros se mezclen completamente en todo el sello. Esto reducirá la resistencia al pelado entre un 25 y un 35 por ciento. El diseño en serie mantiene un buen tiempo de inactividad. Al mismo tiempo, duplica el número de sellos generados por minuto por tiempo de máquina. Esto dio como resultado un aumento del 95 por ciento en la productividad neta en comparación con el diseño de parada única. Este aumento ha tenido en cuenta trabajos de mantenimiento adicionales en el segundo sitio.

Servo-Indexación de películas y creación de perfiles de aceleración

El mecanismo de propulsión de película delgada tira de la película a través de estaciones de sellado, perforación y corte. El sistema ha sido una de las principales causas de las limitaciones de velocidad y la variabilidad del producto. Los indexadores accionados por levas mecánicas-tienen patrones de aceleración fijos. Pusieron una etiqueta imponente en la película de polietileno. Jerk es la tasa de cambio en la aceleración. Esto hace que la membrana se estire, cambie de ancho y, a veces, pierda velocidad en más de 150 vueltas por minuto.

Los indexadores servoaccionados reemplazan las levas con un perfil de leva electrónico programable. Este perfil se almacena en el controlador de movimiento. El servomotor acciona pares de rodillos de precisión. Estos cilindros suelen tener entre 120 y 150 mm de diámetro. Están cromados-y tienen un acabado superficial de Ra 0,2-0,4 micras. El rodillo sujeta firmemente la película y avanza según la longitud establecida de la bolsa. Usan la curva de aceleración S-para limitar la sacudida. El IEEE Transactions on Industrial Electronics estudió esto. Los resultados muestran que el perfil de movimiento de la curva S puede reducir la relación máxima de tensión de la película en un 40 por ciento en comparación con el perfil de aceleración constante a la misma velocidad cíclica. Esto permite que la máquina funcione a una velocidad de 250+ por minuto en una película de LLDPE de 12 μm sin exceder el límite elástico de la película.

El servo indexador tiene una precisión de ±0,3 mm para el posicionamiento de la longitud de la bolsa. Esta precisión es importante porque las variaciones en la longitud de la bolsa pueden afectar los siguientes pasos. Si la bolsa de papel se corta más de 2 mm de largo, la caja de embalaje de 500 bolsas es demasiado larga. Si la bolsa de tela se corta 2 mm, el tamaño de la bolsa de tela no cumple con los requisitos. La División de Conversión de TAPPI dice que la repetibilidad dimensional estuvo dentro de ±0,5 mm y la tasa de desperdicio de volumen se redujo entre un 60 y un 70 por ciento en comparación con las tolerancias de ±2 mm.

Cambio de rollo automatizado con empalme volante

El cambio de rodillo es una de las mayores causas de paradas no planificadas en el proceso de ensacado. El rollo estándar de 500 kg tiene 1.200 mm de ancho y la película LDPE de 15 μm mide aproximadamente 28.000 metros lineales. Esto es suficiente para aproximadamente 35.000 bolsas estándar de 800 mm. A 250 bolsas por minuto, puedes quedarte sin rollos en unos 140 minutos. Por tanto, hay entre 8 y 10 cambios de volumen por turno.

El rebobinado manual tarda entre 8 y 15 minutos por vez. Hay que detener la máquina, sacar el núcleo vacío, cargarlo en un tambor nuevo, unir la cola de la película con el cable y volver a enhebrarlo. Eso equivale a entre 60 y 120 minutos de producción perdida por turno. Los fabricantes de bolsas de basura con máquinas enrolladoras automáticas acortan el tiempo de cada cambio a 30-45 segundos. Empalmó a toda velocidad.

Así es como funciona el sistema de propinas-con mosca. La posición de despliegue secundaria mantiene listo el rollo de repuesto. Su borde frontal estaba asegurado con cinta adhesiva. El sensor láser detecta esto cuando el diámetro del rodillo de rodadura alcanza el mínimo ajustado. Luego, el sistema de control acelera el rollo de espera para igualar la velocidad de la línea. Presiona la barra de mosaico caliente contra el punto de superposición. Cortó la vieja red. Todo esto sucede en 2 o 3 segundos. Las máquinas nunca paran.

La Asociación Europea de Organizaciones de Recuperación y Reciclaje de Plásticos (EPRO) tiene datos de evaluación comparativa operativa para convertidores de películas flexibles. Los datos muestran que el sistema de empalme automatizado redujo el tiempo de inactividad promedio por turno debido a los cambios de rodillo entre un 85 y un 92 por ciento. Esto puede restaurar entre 50 y 100 minutos de tiempo de producción por turno.

Detección de defectos en línea y corrección de bucle cerrado-

Las pérdidas de calidad son una bolsa hecha de especificaciones que deben desecharse o venderse en una calidad inferior. Por lo general, representan entre el 3 y el 6 por ciento de la producción de máquinas sin inspección en línea. En la línea ferroviaria de alta velocidad 250+ bolsas por hora-, un problema de calidad que pasa desapercibido incluso durante 90 segundos resultó en 375 bolsas defectuosas.

El sistema moderno de detección por visión artificial tiene dos puntos clave.

Seal Check utiliza una cámara de escaneo por cable- de alta-resolución- de 2048 a 4096 píxeles. Las cámaras tomarán imágenes del sello inferior tan pronto como se realice. El sistema comprueba la uniformidad del ancho del sello. Encuentra fusión incompleta o frialdad. También encuentra contaminación como partículas de gel o polvo atrapado en el sello. La Asociación de Tecnologías de Envasado y Procesamiento (PMMI) dijo que las imágenes térmicas en línea que utilizan luz visible detectaron el 98 por ciento de los defectos de sellado a velocidades de más de 300 bolsas por minuto.

La inspección de perforaciones utiliza una segunda cámara. La cámara comprueba la profundidad y uniformidad de la perforación. Un pinchazo provocado por una bolsa de torniquete poco profunda. Una herida demasiado profunda provoca que las bolsas se rompan prematuramente en el envoltorio. El sistema mide el espesor del puente de material restante en cada punto de perforación. Marca bolsas fuera del rango de tolerancia de 0.5 -1.5 mm.

Cuando se detecta un defecto, el sistema no sólo hace sonar la alarma. Envía datos de medición a los controladores de sellado y perforación. Si la temperatura del sello es demasiado baja y la fusión es incompleta, el controlador elevará automáticamente el punto de ajuste de 2 a 3 grados C. Si la profundidad de la perforación es demasiado superficial, el ajuste del servo de profundidad de la hoja es de 0,02 mm. Esta corrección de bucle cerrado-se aprueba de conformidad con el artículo 8.5.1 del marco de gestión de calidad ISO 9001 sobre el resultado del proceso de control. Reduce el desperdicio-relacionado con la calidad del 3 al 6 por ciento a menos del 0,5 por ciento. Esto equivale a entre 6 y 12 minutos adicionales de producción por hora.

Herramientas de cambio rápido-para producción-multiformato

A medida que la línea de bolsas de basura se expande, también lo harán los tamaños, desde bolsas de cocina de 20-litros hasta bolsas de basura de 240 litros. Los calibres también varían, desde bolsas delgadas de 12 micras hasta bolsas resistentes de 35 μm. Y diferentes estilos, como sello plano, sello en estrella, cremallera, sello, etc. Por lo tanto, el cambio rápido entre estos tipos es un factor clave en la producción.

El SMED el método SMED de la Asociación de Gestión de Japón. Muchas fábricas lo utilizan para cambiar de trabajo. SMED divide el tiempo de preparación en dos partes. Los ajustes internos significaron que la máquina tuvo que detenerse. La configuración externa significa que puede estar listo mientras la máquina sigue funcionando. Una máquina para fabricar bolsas de basura que sigue las reglas SMED tiene estas características.

• Sellos de liberación rápida-mediante una palanca de bloqueo de leva en lugar de cortadores de pernos. Como resultado, el tiempo necesario para intercambiar códigos de barras se ha reducido de 20 minutos a menos de 3 minutos.
• Carros de herramientas colocados con antelación. Mantienen las barras de sellado, las cuchillas de perforación y las placas plegables del siguiente formato directamente en la máquina. Están configurados en la ejecución actual.
• Ajustes de servo según receta. El largo, ancho de plegado y posición de perforación de estas bolsas de control. El PLC los llamará en cinco segundos. Y no necesita cambio mecánico.
• Los puntos de conexión de los carriles guía roscados y las estaciones de unión de cintas están codificados por colores. Por lo tanto, el operador no necesita consultar ningún manual para encontrar y conectar la ruta correcta.

El Institute of Manufacturing Performance utiliza las normas ISO 22400-2 OEE. Descubrieron que las máquinas de bolsas basadas en SMED podían cambiar todo el formato en seis a 10 minutos. Este incluye controles de calidad del primer artículo. Pero una máquina promedio tarda entre 30 y 45 minutos. Para las plantas que realizan entre 4 y 6 cambios de formato por turno, puede ahorrar entre 90 y 180 minutos de tiempo de trabajo.

Mantenimiento predictivo y disponibilidad de equipos

El tiempo de inactividad no planificado se debe a una falla de un componente. Por ejemplo, los cojinetes se atascan, los calentadores de sello se queman o una hoja de perforación se desgasta. El cierre ha afectado más a la productividad. Porque sucede sin previo aviso. Tienes que encontrar el problema antes de poder resolverlo.

El Instituto de la Sociedad de Ingenieros de Fabricación publicó algunos datos. El tiempo de inactividad no planificado para los Packers tomó entre 45 y 90 minutos desde el corte hasta su reinicio, según mostraron los datos. El diagnóstico por sí solo tarda entre 25 y 40 minutos.

El mantenimiento predictivo soluciona este problema. Ha estado comprobando la salud de las piezas. Da una advertencia cuando una pieza empeora pero no falla. Lo que se debe y no se debe hacer con un fabricante de máquinas para fabricar bolsas de basura incluye:

Los sensores de vibración están montados sobre el cojinete de la estación de sellado. Los sensores de aceleración miden los patrones de vibración de los rodamientos. Cuando comienza la carrera-desmontaje de los rodamientos, la frecuencia de vibración cambia obviamente. El cambio se puede detectar entre 200 y 400 horas de trabajo antes de que el rodamiento se rompa por completo. Esto cumple con las normas ISO 10816 para inspección de vibraciones mecánicas. Esta advertencia temprana le da tiempo para cambiar los rodamientos durante una parada de mantenimiento programada.

Verifique la resistencia del calentador del sello mediante monitoreo. El sello contiene calentadores de cartucho. A medida que los calentadores envejecen, también lo hace su resistencia. Al observar las tendencias de resistencia, puede ver cuándo los calentadores se acercan al final de su vida útil. Esto evita que la temperatura del sello funcione mal durante la circulación. Si ocurriera una falla de este tipo, se producirían cientos de sellos rotos antes de que cualquier operador se diera cuenta.

También se vigilaron los bordes-de la hoja perforada. Pero en la mayoría de los casos, el sensor no se puede montar directamente en la hoja. En cambio, mides la fuerza requerida para las siluetas. Esta fuerza se lee a partir de la retroalimentación de par del servosistema impulsado por paletas. La hoja se embota y la fuerza aumenta. Cuando el par es entre un 15 y un 20 por ciento más alto de lo normal, significa que es necesario reemplazar las cuchillas. Por lo tanto, puede planear molerlo o reemplazarlo, en lugar de esperar a que la calidad del corte se deteriore y luego arreglarlo.

Estados Unidos. La Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables del Departamento de Energía brinda orientación sobre la confiabilidad del sistema de fabricación. Dice que el mantenimiento predictivo de los dispositivos-software puede reducir el tiempo de inactividad no planificado entre un 35 y un 45 por ciento. También reducen los costos de mano de obra de mantenimiento entre un 20 y un 30 por ciento en comparación con el mantenimiento pasivo.

Gestión Energética y Productividad Sostenible

Una mayor productividad puede utilizar más energía. Esto puede reducir sus ahorros. Esto es especialmente cierto cuando los precios de la electricidad son altos o se imponen impuestos al carbono. Una máquina para fabricar bolsas de basura tiene las características de ahorrar energía y gestionar el consumo de electricidad.

• El frenado servo regenerativo es una de las características. el servo de indexación de la película-desacelera desde la velocidad máxima hasta cero en cada ciclo, el motor se convierte en un generador. Envía energía cinética de regreso al bus de CC. En máquinas rápidas que funcionan a más de 250 ciclos por minuto, esta energía reciclada puede satisfacer entre el 15 y el 25 por ciento de la necesidad total de energía del servosistema.
• El control de respaldo del sello es otra función. Durante cambios de rollo, cambios de formato o paradas breves de producción, las temperaturas de los sellos se mantienen entre el 85 y el 90 por ciento del punto de ajuste de trabajo. No siempre llega a la temperatura ambiente. El Centro Común de Investigación (JRC) de la Comisión Europea tiene un documento de referencia sobre la conversión de películas poliméricas. El modo de espera reduce el tiempo que lleva recalentar la barra de sellado de 4 a 6 minutos a menos de 60 segundos, dijo. Utiliza un 40 por ciento menos de energía que el recalentamiento completo.
• También se utiliza la fusión con-adhesivo bajo demanda. En el caso de las máquinas que utilizan cinta adhesiva para fabricar bolsas con cordón, el adhesivo se procesa en pequeños lotes de 50 a 100 gramos utilizando un-sistema termofusible bajo demanda. No tienen el tanque lleno de 5 litros a 170 todo el tiempo. Esto reduce el consumo de energía del sistema adhesivo entre un 35 y un 40 por ciento.

Conclusión

La eficiencia de una máquina para fabricar bolsas de basura proviene de muchas cosas que trabajan juntas. Estos incluyen el diseño de la máquina (como sellado en tándem), control de movimiento (indexación de curva S-impulsada por servo-), automatización (cambios de rodillos de corte volantes-), control de calidad en línea (corrección de bucle cerrado-basado en visión-), métodos operativos (diseño de herramientas basado en SMED-), planificación de mantenimiento (monitoreo predictivo basado en vibración y torsión) y uso de energía (frenado regenerativo y control de temperatura de respaldo).

Cada parte compensó un tipo diferente de pérdida. Estos tipos de pérdidas provienen del marco OEE. Son usabilidad, rendimiento y calidad. Y los efectos de esas partes no se acumulan. Multiplica los dos.

Por ejemplo, si una máquina aumenta cada área de pérdida en un 15 por ciento, la productividad total aumentará aproximadamente un 55 por ciento. No el 15 por ciento. Esto sucede porque cuando el rendimiento y la calidad también mejoran, queda más tiempo para la producción.

Es este efecto multiplicador lo que diferencia un sistema de ingeniería de productividad-real de uno más rápido.
 

Referencias

• Norma ISO 22400-2:2014.Integración y sistemas de automatización - Indicadores clave de rendimiento (KPI) para la gestión de operaciones de fabricación - Parte 2: Definiciones de KPI.
• Sociedad de Ingenieros Plásticos (SPE).Actas de la conferencia de ANTEC - Tiempo de permanencia y resistencia del sellado en el sellado de películas de polietileno de alta-velocidad.
• IEEE.Transacciones sobre electrónica industrial - S-Perfiles de movimiento curvo para indexación de películas flexibles.
• División de Conversión TAPPI.Directrices técnicas para la repetibilidad dimensional en la conversión de películas.
• Asociación Europea de Organizaciones de Recuperación y Reciclaje de Plásticos (EPRO).Datos de evaluación comparativa operativa para convertidores de películas flexibles.
• Asociación de Tecnologías de Envasado y Procesamiento (PMMI).Tecnologías de inspección en línea para líneas de envasado de alta-velocidad.
• Norma ISO 9001:2015.Sistemas de gestión de calidad - Requisitos.
• Asociación de Gestión de Japón.Marco de implementación y metodología de intercambio de troqueles de un solo minuto (SMED).
• Instituto de Rendimiento de Fabricación.Estudios de Benchmarking OEE para equipos de conversión.
• Sociedad de Ingenieros de Fabricación (PYME).Estudios de casos de mantenimiento predictivo en envases flexibles.
• ISO 10816.Vibración mecánica - Evaluación de la vibración de la máquina mediante mediciones en piezas no-giratorias.
• Departamento de Energía de EE. UU. - Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable.Guía de mantenimiento y confiabilidad de sistemas de fabricación.
• Centro Común de Investigación de la Comisión Europea (JRC).Documento de referencia de MTD para la industria de conversión de películas poliméricas.