המעבר מייצור ידני ו-למחצה אוטומטי לקווי ייצור אוטומטיים לחלוטין הוא נקודת המפנה הגדולה ביותר בתעשיית אריזות שירותי המזון לשימוש יחיד-. הביקוש העולמי למוצרים חד-פעמיים ברי-קיימא גדל במהירות. כתוצאה מכך, היצרנים חייבים לחזות היטב את הייצור כדי לעמוד בהסכמי אספקה ולהצדיק הוצאות על מכונות חדשות. הבנת הטווח הכללי של לוחות נייר אוטומטיים לחלוטין היא יותר מסתם קריאת גיליון מפרט. זה דורש הבנה טובה של הנדסת מכונות, מדעי החומרים וכיצד לתפעל אותו. במאמר זה נדונים בהרחבה מנקודת מבט טכנית טווח כושר הייצור, הגורמים המשנים את כושר הייצור בפועל וסטנדרט מדידת הפריון בפועל. הוא משתמש רק במחקר אקדמי ובדוחות טכניים בתעשייה. לכלמכונת צלחת נייר אוטומטית לחלוטין, תכנון הקיבולת חייב להתחיל בהבחנה ברורה בין מהירות שיא תיאורטית לבין תפוקה מתמשכת-בעולם האמיתי.
הגדרת יכולת: מקסימום תיאורטי לעומת תפוקה בת קיימא
נקודת מפתח שלעתים קרובות מתעלמים ממנה בבדיקות ציוד מוקדמות היא הפער בין המהירות המרבית של הנייר לבין הייצור היומי בפועל. יצרנים בדרך כלל מציגים שיעורי מחזור שיא בתנאי מעבדה מושלמים עבור חומרים אידיאליים. אבל מחקר הנדסת תעשייה הראה תמיד שהתפוקה האמיתית יורדת בדרך כלל בין 75% ל-85% אחוזים. זה כולל זמני מעבר, זמני עצירה ותיקוני איכות [1].
לסטנדרטמכונת צלחת נייר אוטומטית לחלוטין, המהירות המרבית של מערכות הידראוליות או פנאומטיות ישנות היא בדרך כלל 40 עד 80 לוחות לדקה. דגמים חדשים יותר מונעי סרוו- יכולים להגיע ל-90-120 צלחת לדקה. אבל התפוקה היומית בפועל של משמרת שמונה-שעות, בשילוב עם בלאי רגיל, היא בדרך כלל 30 עד 65 צלחות לדקה עבור מכונות{11}}בינוניות. עבור מערכות סרוו-חשמליות מובחרות, יש לה 70 עד 100 לוחיות רישוי בדקה. פער זה מראה מדוע קונים חייבים לדרוש נתוני "אפקטיביות ציוד כוללת" (OEE), לא רק טענות למהירות שיא. OEE משלב שימושיות, שיעור ביצועים ותפוקת איכות למספר אחד כדי להראות יכולת עבודה אמיתית.
מבנה מכני כקובע הקיבולת העיקרי
העיצוב הבסיסי של מנגנון העיצוב קובע מגבלת מהירות מרבית לכל מכונה. ישנם שלושה סוגים עיקריים הנפוצים בשוק. לכל אחד יש תכונות פלט שונות.
מערכות מכבש הידראוליות הן הסטנדרט הישן. מכונות אלה משתמשות בכוח נוזלי כדי ליצור לחץ יוצר. הם מספקים כוח חזק, אך מואטים על ידי זמן התגובה של שסתומים ומשאבות. מחקרים על אופטימיזציה של תהליכי ייצור מראים שלמערכות הידראוליות יש מגבלת מהירות טבעית עקב דחיסות הנוזלים ועיכובי החלפת שסתומים [2]. לכן, סט מכונת קרטון אוטומטי הידראולי בתהליך של עבודה יציבה, בדרך כלל ישמור על 35-50 צלחות לדקה.
מערכות היברידיות פנאומטיות-מכניות משפרות את העיצוב ההידראולי הטהור. הם משתמשים באוויר דחוס כדי להאיץ את התנועה של שלבים שאינם-מתגבשים, אך שומרים על לחץ הידראולי כדי להתאים את מהלך ההטבעה בפועל. סוג זה משיג בדרך כלל מהירות יציבה של 45 עד 70 צלחות לדקה.
מערכות סרוו-חשמליות היא הטכנולוגיה החדישה ביותר-. הם מחליפים כוח נוזלי במנוע הנעה ישיר-. כתוצאה מכך, מכונות אלו מבטלות פיגור הידראולי ומאפשרות דפוסי תנועה הניתנים לתכנות. מחקר תיאורטי של טכנולוגיית מכבש סרוו מוכיח שבקרת ציר עצמאית חופפת שלבי יצירה, פליטה והזנה. בהשוואה למערכות משולבות מכני, זמן המחזור הכולל מצטמצם ב-30-40% [3]. ציוד מונע-מחזיק בין 70 ל-110 צלחות בדקה. עבור גדלים קטנים יותר, כמה מכשירים מיוחדים במהירות גבוהה מגיעים ל-130 צלחות לדקה. בעת הערכה של אמכונת צלחת נייר אוטומטית לחלוטין, הארכיטקטורה המכנית-הידראולית, פנאומטית-היברידית או סרוו-חשמלית-מגדירה ישירות את הגבול העליון של מעטפת הייצור שלו.
מדעי החומרים ומשתנים בסיסיים
קיבולת היא אף פעם לא על המכונה עצמה. זה תמיד קשור לחומר הגלם המשמש. משקל הנייר, הלחות, כימיית הציפוי וסוג הסיבים משפיעים כולם על הביקוש לזמן השבתה, המשפיע על הייצור.
המאמר הטכני של קבוצת Pulp and Paper Study Group מדגיש שלנייר עבה יותר לוקח יותר זמן להתחמם כדי להשיג הידבקות טובה ויצירת שפה [4]. מכונות שמריצות 170 נייר מצופה GSM יכולות לייצר 80 צלחות בדקה. אבל עיבוד של 300 למינציות GSM באותה מכונה יכול להוריד את המספר הזה ל-50 לדקה. שינויים בתכולת הלחות של סיבים ממוחזרים גם מקשים על תכנון הקיבולת. תכולת מים שונה פירושה שמשך השהייה חייב להשתנות, כך שהמכונה לא תמיד יכולה לפעול במהירות הקבועה הגבוהה ביותר.
גם סוג הציפוי משנה. ציפויי פוליאתילן ישנים נמסים ואוטמים ברמות חום שונות מהציפוי החדש המבוסס על הידרו-או חומצה פולילקטית- המתכלה. ציפוי מחסום על בסיס מים-, כיום תובעני יותר ויותר, דורשים לעתים קרובות טמפרטורות גבוהות יותר או זמן רב יותר להתמצקות. יצרנים מסתכלים עלמכונת צלחת נייר אוטומטית לחלוטיןחייבים להשתמש בחומרים המיוחדים שלהם, ולא בדגימות בדיקה סטנדרטיות, כדי לבדוק את יכולת הייצור שלהם. במקום נתון אופטימי, על הספקים לספק טבלאות יכולות המציגות את הייצור לפי משקל וסוג ציפוי.
צווארי בקבוק של מערכות עזר ושילוב קווים
מכונות יצירה הם רק חלק אחד ממערכת הייצור הכוללת. הייצור בפועל מוגבל לרוב על ידי ציוד נוסף שאינו יכול לעמוד בקצב ההדפסה. מערם, דלפק, גזם קצוות ומסועי אריזה חייבים לעבוד יחד כדי למנוע סתימות.
תקני אוטומציה תעשייתית אומרים שאיזון קווי הוא המפתח להשגת קיבולת מדורגת. רכיב קטן במורד הזרם איטי מדי יכול להפחית את הייצור ב-20-30% [5] על פני כל קו הייצור. לדוגמה, אם בית דפוס יכול לייצר 90 לוחות לדקה ומכונת ערימה יכולה לעבד רק 70 לוחות לדקה ללא מיקום שגוי, הקיבולת בפועל היא 70. מכשירים מודרניים בעלי תפוקה גבוהה משתמשים כעת במערכות בחירה ומיקום רובוטיות עם כיול מונחה ויזואלי. זה מבטיח שתפוקת העזר תואמת למכבש הדפוס. בבדיקת כושר הייצור, על הקונה להסתכל על המפרט של כל קו הייצור, ולא רק על הדפוס עצמו. אמכונת צלחת נייר אוטומטית לחלוטיןיכול לספק את התפוקה המדורגת שלו רק כאשר כל מערכות העזר במעלה הזרם ומורד הזרם מסונכרנות ומאוזנות כדי להתאים למהירות היצירה שלה.
גורמים תפעוליים המשפיעים על קיבולת מתמשכת
החומרה היא לא הדבר היחיד שחשוב. גם לגורמים אנושיים ותהליכים יכולה להיות השפעה משמעותית על הייצור בפועל. תדירות החלפת המוצר, תחזוקה, מיומנות המפעילים ותנאי המפעל משפיעים כולם על הייצור היומיומי.
מכונות עם כלי שינוי מהיר וזיכרון נוסחאות יכולות להפחית את זמן ההשבתה במהלך ריצות המוצר. זה שומר על קיבולת יציבה תחת לוחות זמנים שונים. עם זאת, מכונות הדורשות התאמה ידנית רבה של תבניות עלולות לאבד 15-25% מזמן הייצור שלהן, שכן יש להחליף תבניות במפעלים המייצרים סוגי מוצרים רבים. הלחות והטמפרטורה של המפעל ישנו את הביצועים וקצב הקירור של הנייר. הייצור ממתקני בקרת אקלים יכול לעלות או לרדת ב-10-15 אחוזים עם עונות השנה. הוכח כי תוכניות הכשרה מוסמכות לבית ספר טכניות משפרות באופן משמעותי את ה-OEE התלוי במפעיל. לכן, הכשרת כוח אדם חשובה כמו בחירת המכונות הנכונות להשגת טווח הקיבולת המוצהר [6].
מַסְקָנָה
צלחת נייר אוטומטית לחלוטין tבדרך כלל נע בין 35 ל-130 גיליונות לדקה. זה תלוי בסוג המכונה, תכונות החומר, הגדרת הקו וכיצד פועל החיווט. עם זאת, יש להשתמש ב-75-85% מהמהירות המרבית בתכנון הייצור בפועל. אתה צריך להסתכל על מספרי ה-OEE, לא רק בפרסומות במהירות שיא. כיום מערכות חשמליות Servo-הפכו לחלק חשוב מיכולת הייצור הגבוהה-. היברידיות הידראוליות ופנאומטיות משרתות טווח בינוני. והכי חשוב, קיבולת חייבת להיחשב תמיד בשילוב עם החומר הספציפי שלך והגדרת הקו המלא. מי שבוחן קיבולת בפרספקטיבה רחבה זו יבצע תחזיות טובות יותר, ימנע מערך יתר יקר ויבחר במכונות העונות הן על הביקוש הנוכחי והן על הצמיחה העתידית.
הפניות
[1] Nakajima, S. (2021). * פרופיל TPM: תחזוקה פרודוקטיבית כוללת ויעילות ציוד כוללת*. עיתונות פרודוקטיביות. נקבע טקסט אקדמי בסיסי של מתודולוגיות חישוב OEE ומדד אובדן יעילות טיפוסי בייצור דיסקרטי.
[2] Altintas, Y., & Verl, A. (2022). "מערכות מונעות הזנה- ודינמיקה מכנית בייצור מודרני."CIRP Annals, 71(2), 687-710. מאמרי כתב עת שנבדקו עמיתים מנתחים מגבלות מהירות מערכות הפעלה הידראוליות לעומת חשמליות ביישומי עיתונות.
[3] Neugebauer, R., & Drossel, WG (2023). טכנולוגיית מכבש סרוו: שפר את גמישות התהליך והפרודוקטיביות בייצור מתכת וקומפוזיט.הנדסת ייצור מחקר ופיתוח, 245-258. מחקר אקדמי על הפחתת זמן מחזור על ידי בקרת ציר סרוו עצמאית.
[4] TAPPI (2022). פרמטרים של יציקה תרמית עבור אריזות שירותי מזון המבוססות על סיבים-: אינטראקציה בין מצע לציפוי.מאמרים טכניים של TAPPI Journal, 21(6), 33-44. פרסומי החברה הטכנית מתעדים כיצד דקדוק, לחות וכימיה של ציפוי משפיעים על זמן השהייה והתפוקה.
[5] החברה הבינלאומית לאוטומציה (2023).ISA-95 Enterprise-Control System Integration: תקני אופטימיזציה של איזון קווי ותפוקה. דוח טכני של ISA TR95.00.07. ציוד במעלה הזרם ומורד הזרם מסונכרן עם המסמכים הסטנדרטיים בתעשייה כדי להשיג איזון קיבולת קו.
[6] המכון הלאומי לבטיחות ובריאות בעבודה (2021). יעילות הכשרת כוח אדם בסביבות ייצור אוטומטיות: השלכות על יעילות הציוד ותוצאות הבטיחות.מס' פרסום טכני של NIOSH. 2021-145. מכוני מחקר ממשלתיים חוקרים את המתאם בין תוכניות הכשרת מפעילים מובנות ושיפורים מדידים בתפוקת מכונות בת קיימא