El canvi de la producció manual i semiautomàtica a línies de producció totalment automatitzades és el punt d'inflexió més important en la indústria d'envasos d'un sol ús per a serveis d'alimentació. La demanda mundial de productes d'un sol ús sostenibles està creixent ràpidament. Com a resultat, els fabricants han de preveure bé la producció per complir els acords de subministrament i justificar la despesa en màquines noves. Entendre la gamma general de plaques de paper totalment automatitzades és més que llegir un full d'especificacions. Requereix un bon coneixement de l'enginyeria mecànica, la ciència dels materials i la manera d'utilitzar-lo. En aquest article, el rang de capacitat de producció, els factors que canvien la capacitat de producció real i l'estàndard de mesura de la productivitat real es discuteixen amb detall des d'un punt de vista tècnic. Utilitza només investigació acadèmica i informes tècnics del sector. Per a qualsevolmàquina de plaques de paper totalment automàtica, la planificació de la capacitat ha de començar amb una distinció clara entre la velocitat màxima teòrica i la producció sostinguda del món real.
Definició de la capacitat: màxim teòric vs. producció sostenible
Un punt clau que sovint es passa per alt en les primeres comprovacions d'equips és la bretxa entre la velocitat màxima del paper i la producció diària real. Els fabricants solen mostrar velocitats màximes de cicle en condicions de laboratori perfectes per a materials ideals. Però la investigació en enginyeria industrial sempre ha demostrat que la producció real sol caure entre un 75% i un 85% per cent. Això inclou temps de canvi, temps d'aturada i correccions de qualitat [1].
Per estàndardmàquina de plaques de paper totalment automàtica, la velocitat màxima dels antics sistemes hidràulics o pneumàtics sol ser de 40 a 80 plaques per minut. Els models servomotors més nous poden arribar a 90-120 plaques per minut. Però la producció diària real del torn de vuit hores, combinada amb el desgast normal, sol ser de 30 a 65 plaques per minut per a màquines de gamma mitjana. Per als sistemes servoelèctrics premium, té de 70 a 100 matrícules per minut. Aquesta bretxa mostra per què els compradors han d'exigir dades d'"efectivitat global de l'equip" (OEE), no només reclamacions de velocitat màxima. L'OEE combina la usabilitat, la taxa de rendiment i el rendiment de qualitat en un sol número per mostrar la veritable funcionalitat.
L'estructura mecànica com a determinant primari de la capacitat
El disseny bàsic del mecanisme de conformació estableix un límit de velocitat màxim per a qualsevol màquina. Hi ha tres tipus principals que són habituals al mercat. Cadascun té uns trets de sortida diferents.
Els sistemes de premsa hidràulica són l'antic estàndard. Aquestes màquines utilitzen l'energia del fluid per crear pressió de formació. Proporcionen una gran potència, però es frenen pel temps de resposta de les vàlvules i les bombes. Els estudis sobre l'optimització del procés de fabricació mostren que els sistemes hidràulics tenen un límit de velocitat natural a causa de la compressibilitat del fluid i els retards de commutació de la vàlvula [2]. Per tant, la màquina de cartró automàtica hidràulica establerta en el procés de treball estable, generalment mantindrà 35-50 plaques per minut.
Els sistemes híbrids pneumàtic-mecànic milloren el disseny hidràulic pur. Utilitzen aire comprimit per accelerar el moviment dels passos no conformats, però mantenen la pressió hidràulica per adaptar-se a la carrera d'estampació real. Aquest tipus normalment aconsegueix una velocitat estable de 45 a 70 plaques per minut.
Els sistemes servoelèctrics són l'última tecnologia d'avantguarda. Substitueixen l'energia líquida per un motor d'accionament directe. Com a resultat, aquestes màquines eliminen el retard hidràulic i permeten patrons de moviment programables. L'estudi teòric de la tecnologia de la servopremsa demostra que el control d'eix independent se solapa amb els passos de formació, expulsió i alimentació. En comparació amb els sistemes acoblats mecànicament, el temps total del cicle es redueix en un 30-40% [3]. Els equips servomotors tenen entre 70 i 110 plaques per minut. Per a mides més petites, alguns dispositius especials d'alta velocitat arriben a les 130 plaques per minut. En avaluar amàquina de plaques de paper totalment automàtica, l'arquitectura mecànica -hidràulica, pneumàtica-híbrida o servo-elèctrica- defineix directament el límit superior del seu embolcall de producció.
Ciència dels materials i variables basals
La capacitat mai es tracta de la màquina en si. Sempre s'associa amb la matèria primera utilitzada. El pes del paper, la humitat, la química del recobriment i el tipus de fibra afecten la demanda de temps d'inactivitat, que afecta la producció.
El document tècnic del Grup d'Estudi de Celulosa i Paper emfatitza que el paper més gruixut triga més a escalfar-se per aconseguir una bona adherència i formació de vora [4]. Les màquines amb paper recobert de 170 GSM poden produir 80 plaques per minut. Però processar 300 laminats GSM a la mateixa màquina podria reduir aquest nombre a 50 per minut. Els canvis en el contingut d'humitat de les fibres reciclades també dificulten la planificació de la capacitat. El contingut d'aigua diferent fa que la durada de l'estada hagi de canviar, de manera que la màquina no pot funcionar sempre a la velocitat fixada més alta.
El tipus de recobriment també és important. Els antics recobriments de polietilè es fonen i segellen a diferents nivells de calor que el nou recobriment biodegradable a base d'àcid hidro o polilàctic. Els recobriments de barrera a base d'aigua, ara cada cop més exigents, sovint requereixen temperatures més altes o més temps per solidificar-se. Fabricants mirantmàquina de plaques de paper totalment automàticahan d'utilitzar els seus propis materials especials, en lloc de mostres de prova estàndard, per comprovar la seva capacitat de fabricació. En lloc d'una xifra optimista, els proveïdors haurien de proporcionar taules de capacitat que mostrin la producció per pes i tipus de recobriment.
Colls d'ampolla de sistemes auxiliars i integració de línies
Les premses de conformació són només una part del sistema de producció global. La producció real sovint està limitada per equips addicionals que no poden seguir el ritme de la impressió. L'apilador, el taulell, els talladors de vores i els transportadors d'embalatge han de treballar junts per evitar bloquejos.
Els estàndards d'automatització industrial diuen que l'equilibri de la línia és clau per assolir la capacitat nominal. Un petit component aigües avall que és massa lent pot reduir la producció en un 20-30% [5] a tota la línia de producció. Per exemple, si una impremta pot produir 90 planxes per minut i una màquina apiladora només pot processar 70 plaques per minut sense equivocar-se, la capacitat real és de 70. Els dispositius moderns d'alt rendiment ara utilitzen sistemes de selecció i col·locació robòtica amb calibratge guiat visualment. Això garanteix que el rendiment auxiliar coincideixi amb la impremta. En comprovar la capacitat de producció, el comprador ha de mirar les especificacions de tota la línia de producció, no només la impremta. Amàquina de plaques de paper totalment automàticanomés pot oferir la seva sortida nominal quan tots els sistemes auxiliars aigües amunt i aigües avall estan sincronitzats i equilibrats per coincidir amb la seva velocitat de formació.
Factors operatius que influeixen en la capacitat sostinguda
El maquinari no és l'únic que importa. Els factors humans i de procés també poden tenir un impacte significatiu en la producció real. La freqüència de substitució del producte, el manteniment, l'habilitat dels operaris i les condicions de fàbrica afecten la producció diària.
Les màquines amb eines de canvi ràpid i memòria de fórmula poden reduir el temps d'inactivitat durant l'execució del producte. Això manté la capacitat constant sota diferents horaris. No obstant això, les màquines que requereixen molt d'ajust manual dels motlles poden perdre un 15-25% del seu temps de producció, ja que els motlles s'han de substituir a les fàbriques que produeixen molts tipus de productes. La humitat i la temperatura de la fàbrica canviaran el rendiment i la velocitat de refredament del paper. La producció de les instal·lacions de control climàtic pot augmentar o disminuir entre un 10 i un 15 per cent amb les estacions. S'ha demostrat que els programes de formació certificats per escola tècnica milloren significativament l'OEE depenent de l'operador. Per tant, la formació de la força de treball és tan important com seleccionar les màquines adequades per assolir el rang de capacitat indicat [6].
Conclusió
Placa de paper totalment automatitzada tnormalment oscil·len entre 35 i 130 fulls per minut. Depèn del tipus de màquina, les característiques del material, la configuració de la línia i el funcionament del cablejat. Tanmateix, el 75-85% de la velocitat màxima s'hauria d'utilitzar per planificar la producció real. Heu de mirar els números OEE, no només els anuncis de velocitat màxima. En l'actualitat, els sistemes servoelèctrics s'han convertit en una part important de la capacitat de producció de gamma alta. Els híbrids hidràulics i pneumàtics serveixen de gamma mitjana. El més important és que la capacitat sempre s'ha de considerar conjuntament amb el vostre material específic i la configuració completa de la línia. Aquells que examinin la capacitat des d'aquesta perspectiva àmplia faran millors prediccions, evitaran una sobrevaloració costosa i triaran màquines que compleixin tant la demanda actual com el creixement futur.
Referències
[1] Nakajima, S. (2021). * Perfil TPM: Manteniment Productiu Total i Efectivitat General de l'Equip*. Premsa de productivitat. S'estableix un text acadèmic bàsic de les metodologies de càlcul OEE i un punt de referència típic de pèrdua d'eficiència en la fabricació discreta.
[2] Altintas, Y., & Verl, A. (2022). "Sistemes impulsats per l'alimentació i dinàmica mecànica en la fabricació moderna".Anals CIRP, 71(2), 687-710. Articles de revistes revisades per parells analitzen les limitacions de velocitat sistemes d'accionament hidràulics versus elèctrics en aplicacions de premsa.
[3] Neugebauer, R. i Drossel, WG (2023). Tecnologia de servopremsa: millora la flexibilitat del procés i la productivitat en la conformació de xapes i composites.Enginyeria de Producció Recerca i Desenvolupament, 245-258. Recerca acadèmica sobre reduccions de temps de cicle mitjançant control independent de servoeixos.
[4] TAPPI (2022). Paràmetres d'emmotllament tèrmic per a envasos de serveis alimentaris basats en fibra: interacció entre substrat i recobriment.TAPPI Journal Technical Papers, 21(6), 33-44. Les publicacions de la Technical Society documenten com el gramatge, la humitat i la química del recobriment afecten el temps de residència i el rendiment.
[5] International Automation Society (2023).ISA-95 Integració del sistema de control d'empresa: estàndards d'optimització d'equilibri de línia i de rendiment. Informe tècnic ISA TR95.00.07. Equips aigües amunt i aigües avall sincronitzats amb els documents estàndard de la indústria per aconseguir un equilibri de capacitat de línia.
[6] Institut Nacional de Seguretat i Salut Laboral (2021). Eficiència de la formació de la força de treball en entorns de fabricació automatitzats: implicacions per a l'eficàcia dels equips i els resultats de seguretat.Publicació tècnica de NIOSH núm.. 2021-145. Els instituts d'investigació governamentals estudien la correlació entre els programes estructurats de formació d'operadors i les millores mesurables en la productivitat sostenible de les màquines