ゴミ袋製造機はどのように生産性を向上させますか?

ゴミ袋の生産工程において、生産効率は機械の速度だけではありません。毎分 250 周で稼働するラインでも、潜在的な出力の 30 パーセントが失われる可能性があります。これらの損失は、マイクロダウンタイム、無駄の排除、長い切り替え時間によって発生します。ゴミ袋製造機の実際の生産性を向上させる方法には、ハードウェアエンジニアリング、制御ソフトウェア、およびプロセス設計が含まれます。これらの方法を理解するには、マシンの最高速度を調べる必要があります。私たちは、生産性を損なう特定の種類の損失を機械がどのように排除するかを理解する必要があります。

理論的成果と生産的成果の区別

生産性分析の最初のルールは、定格速度と実際の生産量が同じになることはほとんどないということです。国際標準化機構は、製造業務の重要業績評価指標に関する ISO 22400-2 を通じて、総合設備効率 (OEE) とのこのギャップを定義しています。 OEE は、可用性、パフォーマンス、品質率を掛け合わせます。たとえば、毎分 200 袋の定格を持つ機械のダウンタイムは 12% です。材質の変化に対応するために、最高速度の 85% で動作します。そして、4% が規格外の製品になります。-このマシンの OEE は約 63 パーセントです。つまり、理論上の容量の 37 パーセントが失われます。

最新のゴミ袋製造機は、これら 3 つの損失領域をそれぞれ特定のエンジニアリングソリューションで修正します。損失を監視して削減するのはオペレータに依存しません。次のセクションでは、マシンが各種類の損失をどのように削減するかを見ていきます。

スループット倍増のためのタンデムシーリングアーキテクチャ

生産性を向上させる最も直接的な方法は、マシンの動作を速くすることではなく、マシンの設計を変更することです。古いゴミ袋の生産ラインは密閉ステーションを使用しています。このステーションの各機械は袋を処理します。各サイクルにはステップがあります。シールが閉まります。 160～200度で0.15～0.4秒間閉じます。それから開きます。次に、フィルムはバッグの長さを前方に移動させます。全サイクルには 0.4 ～ 0.6 秒かかります。そのため、生産量は毎分約 100 ～ 150 袋に制限されます。

生産効率を向上させるために、ゴミ袋製造機はシリアルシール装置を採用しています。これは、2 つのシーリングステーションを交互に行うことを意味します。ステーション A がダウンタイムになっているときに、ステーション B はフィルムを移動し、閉鎖の準備をしていました。 2 つのステーションは同じフィルムパスを共有します。しかし、彼らは一人ずつ異なるバッグの位置で作業します。これにより、処理量が 2 倍になり、毎分 250 ～ 350 袋になりました。滞在期間が半分になるわけではありません。 0.15 秒未満の滞在ではシールが弱くなるため、これは重要です。

Society of Plastics Engineers (SPE) は、高速ポリエチレンフィルムシーリングに関する技術論文を発表しています。{0}これらの論文は、通常のシール温度では、滞留時間が 0.12 秒未満ではポリマー鎖がシール全体に完全にブレンドできないことを示しています。これにより、剥離強度が 25 ～ 35 パーセント低下します。シリアル設計により良好なダウンタイムが維持されます。同時に、マシン時間ごとに生成されるシールの数が 2 倍になります。これにより、シングルストップ設計に比べて純生産性が 95% 向上しました。{10}この増加には、2 番目のサイトでの追加のメンテナンス作業が考慮されています。

サーボ-によるフィルムのインデックス作成と加速プロファイリング

薄膜推進機構は、シール、穿孔、切断ステーションを通してフィルムを引っ張ります。このシステムは、速度の制約と製品のばらつきの主な原因となってきました。機械式カム-駆動のインデクサーには固定の加速パターンがあります。彼らはポリエチレンフィルムにそびえ立つラベルを貼りました。ジャークは加速度の変化率です。これにより、膜が伸び、幅が変化し、場合によっては毎分 150 周以上速度が低下します。

サーボ駆動のインデクサーは、カムをプログラム可能な電子カムプロファイルに置き換えます。このプロファイルはモーションコントローラーに保存されます。サーボモーターは精密ローラーペアを駆動します。これらのシリンダーの直径は通常 120 ～ 150 mm です。これらはクロム-メッキされており、表面仕上げは Ra 0.2-0.4 ミクロンです。ローラーがフィルムをしっかりと掴み、袋の設定長さに合わせて前進します。 S- カーブ加速曲線を使用してジャークを制限します。 IEEE Transactions on Industrial Electronics はこれを研究しました。結果は、S 字運動プロファイルは、同じサイクル速度での一定加速プロファイルと比較して、ピーク膜応力比を 40% 低減できることを示しています。これにより、フィルムの弾性限界を超えることなく、12 μm LLDPE フィルム上で機械を毎分 250+ の速度で動作させることができます。

サーボインデクサーの袋長さ位置決め精度は±0.3mmです。バッグの長さの違いが次のステップに影響を与える可能性があるため、この精度は重要です。紙袋の長さを2mm以上にカットすると、500袋入りの包装用カートンが長くなりすぎます。布袋が2mm短くなってしまうと、布袋のサイズが規格外となります。 TAPPI の変換部門によると、寸法再現性は ±0.5 mm 以内で、体積廃棄率は ±2 mm の公差と比較して 60 ～ 70 パーセント減少しました。

フライングスプライスによる自動ロール切り替え

ローラーの交換は、袋詰め工程における計画外のダウンタイムの最大の原因の 1 つです。標準の 500kg ロールは幅 1,200 mm で、15 μm のLDPE フィルムは約 28,000 直線メートルです。これは標準的な 800mm 袋約 35,000 枚に十分です。毎分 250 袋の場合、約 140 分でロールがなくなる可能性があります。したがって、シフトごとに 8 ～ 10 回の音量変更が行われます。

手動巻き戻しには 1 回あたり 8 ～ 15 分かかります。機械を停止し、空のコアを取り出し、新しいドラムに装填し、フィルムの尾部を走行ワイヤーでつなぎ、再度糸をかけなければなりません。これは、シフトあたり 60 ～ 120 分の生産損失に相当します。自動巻き取り機を備えたゴミ袋製造業者は、各交換の時間を 30 ～ 45 秒に短縮します。全速力で接合しました。

これがフライチップシステムの仕組みです。{0}二次展開位置では、交換用ロールを準備した状態で保持します。前端はダクトテープで固定されていました。走行ローラーの直径が設定された最小値に達すると、レーザーセンサーがこれを検出します。制御システムは、ライン速度に合わせてスタンバイロールの速度を上げます。重なり部分にホットモザイクスティックを押し当てます。それは古いネットを切り取った。これらすべては 2 ～ 3 秒で起こります。機械は決して止まりません。

欧州プラスチックリサイクル回収機関協会 (EPRO) は、フレキシブルフィルムコンバーターの運用ベンチマークデータを持っています。データによれば、自動スプライシングシステムにより、ロール交換による 1 シフトあたりの平均ダウンタイムが 85 ～ 92% 削減されたことがわかります。これにより、シフトごとに 50 ～ 100 分の生産時間を回復できます。

インライン欠陥検出と閉ループ修正-

品質損失とは、廃棄するか、グレードを下げて販売しなければならない仕様で作られたバッグです。これらは通常、インライン検査を行わない機械生産の 3 ～ 6% を占めます。 1 時間あたり 250+ 個の袋を運行する高速鉄道-では、90 秒間も気づかれない品質上の問題により、375 個の不良袋が発生しました。

最新のマシンビジョン検出システムには 2 つの重要なポイントがあります。

Seal Check は、2,048 ～ 4,096 ピクセルの高解像度-ワイヤー- スキャンカメラを使用します。カメラは、作成されるとすぐに底部シールを撮影します。システムはシール幅の均一性をチェックします。それは不完全な融合、あるいは冷たさを見出します。また、シール内に閉じ込められたゲル粒子や塵などの汚染も検出します。包装加工技術協会 (PMMI) は、可視光を使用したインライン熱画像処理により、毎分 300 袋を超える速度でシール欠陥の 98% を検出したと発表しました。

穿孔検査には 2 台目のカメラが使用されます。カメラは穿孔の深さと均一性をチェックします。浅い止血帯による穿刺。傷が深すぎると、バッグの包装が早期に破れてしまう原因になります。このシステムは、各穿孔点で残った材料ブリッジの厚さを測定します。 0.5 -1.5 mm の許容範囲外のバッグをマークします。

欠陥が検出された場合、システムは警報を鳴らすだけではありません。測定データをシーリングおよび穿孔コントローラーに送り返します。シール温度が低すぎて融着が不完全な場合、コントローラーは自動的に設定点を 2 ～ 3 ℃上げます。穿孔深さが浅すぎる場合は、ブレード深さサーボ調整を 0.02 mm にします。この閉ループ補正は、制御プロセスの出力に関する ISO 9001 品質管理フレームワークの第 8.5.1 条に従って承認されています。-これにより、品質関連の無駄が 3～6% から 0.5% 未満に削減されます。{11}}これは、1 時間あたり 6 ～ 12 分の余分な生産時間に相当します。

マルチフォーマット制作のためのクイック-変更ツール-

ゴミ袋のラインが拡大するにつれて、20 リットルのキッチンバッグから 240 リットルのゴミ箱まで、サイズも拡大します。-ゲージも、12 ミクロンの薄い袋から 35 μm の丈夫な袋までさまざまです。また、フラットシール、スターシール、ジッパー、シールなどのさまざまなスタイルがあるため、これらのタイプを素早く切り替えることが出力の重要な要素となります。

SMED 日本能率協会による SMED 手法。多くの工場が転職に利用しています。 SMED はセットアップ時間を 2 つの部分に分割します。内部設定は、マシンを停止する必要があることを意味します。外部設定により、マシンを稼働し続ける準備が整います。 SMEDルールに準拠したゴミ袋製造機には、次のような機能があります。

ボルトカッターの代わりにカムロックレバーを使用したクイックリリースシール。-その結果、バーコード交換にかかる時間は20分から3分未満に短縮されました。
事前にツーリングカートを設置しておきます。次のフォーマットのシールバー、ミシン目ブレード、折りプレートを機械内に直接保持します。これらは現在の実行で設定されます。
レシピに従ってサーボ調整。このコントロール袋の長さ、折り幅、ミシン目位置。 PLC は 5 秒以内に呼び出します。また、機械的な変更は必要ありません。
ネジ付きガイドレールとテープ接着ステーションの接続ポイントは色分けされています。したがって、オペレータは正しいパスを見つけて接続するためにマニュアルを参照する必要はありません。

ISO 22400-2 OEE ルールは、製造パフォーマンス研究所によって使用されています。彼らは、SMED ベースの製袋機が 6 ～ 10 分でフォーマット全体を変更できることを発見しました。これには最初の商品の品質チェックが含まれます。ただし、平均的なマシンには 30 ～ 45 分かかります。シフトごとに 4 ～ 6 件のフォーマット変更があるプラントの場合、作業時間を 90 ～ 180 分節約できます。

予知保全と機器の可用性

計画外のダウンタイムはコンポーネントの障害によって発生します。例えば、ベアリングの固着、シールヒーターの焼損、ミシン目刃の磨耗などです。シャットダウンは生産性を最も損なった。それは予告なしに起こるからです。問題を解決する前に、問題を見つけなければなりません。

製造技術者協会がいくつかのデータを発表した。データによると、パッカーズの計画外ダウンタイムは、停止から再開までに45分から90分かかった。診断だけでも25～40分程度かかります。

予知保全はこの問題を解決します。部品の健康状態をチェック中です。部品が悪化しても故障していない場合は、警告が表示されます。ゴミ袋製造機メーカーの注意事項は次のとおりです。

振動センサーはシーリングステーションのベアリングに取り付けられています。加速度センサーはベアリングの振動パターンを測定します。ベアリングのレース-剥離が始まると、振動周波数が明らかに変化します。この変化は、ベアリングが完全に破損する前に 200 ～ 400 作業時間の間に検出できます。これは、機械振動検査に関する ISO 10816 規則に準拠しています。この早期警告により、計画されたメンテナンス停止中にベアリングを交換する時間が得られます。

シールヒーター抵抗をモニタリングで確認します。シールにはカートリッジヒーターが内蔵されています。ヒーターが古くなると、抵抗も変化します。抵抗の傾向を見ることで、ヒーターがいつ寿命に近づくかを知ることができます。これにより、循環中のシール温度の誤動作を防ぎます。このような障害が発生すると、オペレーターが気付く前に何百ものシールが破損する可能性があります。

ミシン目-の刃先も監視下にありました。ただし、ほとんどの場合、センサーをブレードに直接取り付けることはできません。代わりに、シルエットに必要な力を測定します。この力は、ベーン駆動サーボシステムのトルクフィードバックから読み取られます。刃が鈍くなり威力が上がります。トルクが通常より 15 ～ 20% 高い場合は、ブレードを交換する必要があることを意味します。したがって、切断品質が低下するのを待って修正するのではなく、研磨または交換する計画を立てることができます。

米国統一。エネルギー省のエネルギー効率および再生可能エネルギー局は、製造システムの信頼性に関するガイダンスを提供しています。ソフトパックされたデバイスの予測メンテナンスにより、計画外のダウンタイムを 35 ～ 45% 削減できると述べています。{3}}また、パッシブメンテナンスと比較して、メンテナンスの人件費も 20 ～ 30% 削減されます。

エネルギー管理と持続可能な生産性

生産性が高くなると、より多くのエネルギーを使用できます。これにより、貯蓄額が減少する可能性があります。これは、電気料金が高い場合や炭素税が課される場合に特に当てはまります。ゴミ袋製造機は、エネルギーを節約し、電力消費を管理するという特徴があります。

サーボ回生ブレーキも特長のひとつです。フィルムインデックスサーボは各サイクルでフルスピードからゼロまで減速し、モーターは発電機になります。運動エネルギーを DC バスに送り返します。 1 分あたり 250 サイクルを超える高速マシンでは、このリサイクルされたエネルギーでサーボシステムの総電力需要の 15 ～ 25 パーセントを満たすことができます。
シールバックアップ制御も機能の一つです。ロール交換、フォーマット変更、または短期間の生産停止中、シール温度は作業設定点の 85 ～ 90% に維持されます。必ずしも室温まで下がるわけではありません。欧州委員会の共同研究センター (JRC) には、ポリマーフィルムの変換に関する参考論文があります。スタンバイモードにより、シールバーの再加熱にかかる時間が4～6分から60秒未満に短縮されるという。完全再加熱よりも消費エネルギーが 40% 少なくなります。
オンデマンド接着剤による溶解も使用されます。-粘着テープを使用して巾着袋を製造する機械では、接着剤はオンデマンドのホットメルトシステムを使用して 50 ～ 100 グラムの小バッチで処理されます。-常に170で5リットルのタンクを満杯にすることはできません。これにより、接着剤システムのエネルギー消費が 35 ～ 40 パーセント削減されます。

結論

ゴミ袋製造機メーカーの効率は、多くのものの連携から生まれます。これらには、機械の設計（タンデムシーリングなど）、モーションコントロール（サーボ-駆動の S- カーブインデックス）、自動化（フライ-ロールの変更）、インライン品質管理（ビジョン-ベースの閉ループ補正）、操作方法（SMED- ベースのツーリング設計）、メンテナンス計画（振動とトルクに基づく予測モニタリング）、エネルギー使用（回生ブレーキとバックアップ）が含まれます。温度制御）。

それぞれの部分が異なる種類の損失を補いました。これらの損失タイプは OEE フレームワークからのものです。それは使いやすさ、性能、そして品質です。そして、それらのパーツの効果は単純に積み重なるものではありません。 2 つを掛け合わせます。

たとえば、機械が各損失領域を 15 パーセント増加させると、全体の生産性は約 55 パーセント向上します。 15パーセントではありません。これは、パフォーマンスと品質が向上すると、生産に多くの時間が費やされるためです。

この相乗効果こそが、実際の生産性エンジニアリングシステムを、単に高速なシステムとは異なるものにするのです。{0}

参考文献

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TAPPIコンバーティング事業部。フィルムコンバーティングにおける寸法再現性に関する技術ガイドライン。
欧州プラスチックリサイクル回収組織協会 (EPRO)。フレキシブルフィルムコンバーターの運用ベンチマークデータ。
包装加工技術協会 (PMMI)。高速包装ライン向けのインライン検査技術-。
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一般社団法人日本能率協会。Single Minute Exchange of Die (SMED) の方法論と実装フレームワーク。-
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製造技術者協会 (SME)。フレキシブルパッケージングにおける予知保全のケーススタディ。
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米国エネルギー省 - エネルギー効率および再生可能エネルギー局。製造システムの信頼性とメンテナンスに関するガイダンス。
欧州委員会共同研究センター (JRC)。ポリマーフィルム加工業界向けの BAT 参考資料。