تغییر از تولید دستی و نیمه خودکار به خطوط تولید کاملاً خودکار بزرگترین نقطه عطف در صنعت بسته‌بندی خدمات غذای یکبار مصرف-است. تقاضای جهان برای کالاهای یکبار مصرف پایدار به سرعت در حال افزایش است. در نتیجه، تولیدکنندگان باید تولید را به خوبی پیش‌بینی کنند تا به توافق‌های عرضه برسند و هزینه‌های ماشین‌های جدید را توجیه کنند. درک گستره کلی صفحات کاغذی تمام اتوماتیک فراتر از خواندن برگه مشخصات است. این نیاز به درک خوبی از مهندسی مکانیک، علم مواد و نحوه کار با آن دارد. در این مقاله، محدوده ظرفیت تولید، عواملی که ظرفیت واقعی تولید را تغییر می‌دهند و استاندارد اندازه‌گیری بهره‌وری واقعی به تفصیل از دیدگاه فنی مورد بحث قرار گرفته‌اند. این فقط از تحقیقات دانشگاهی و گزارش های فنی صنعت استفاده می کند. برای هردستگاه بشقاب کاغذ تمام اتوماتیک، برنامه ریزی ظرفیت باید با تمایز واضح بین سرعت اوج نظری و خروجی پایدار جهانی-واقعی آغاز شود.
تعریف ظرفیت: حداکثر نظری در مقابل خروجی پایدار
نکته کلیدی که اغلب در بررسی های اولیه تجهیزات نادیده گرفته می شود، فاصله بین حداکثر سرعت کاغذ و تولید روزانه واقعی است. تولیدکنندگان معمولاً نرخ چرخه اوج را در شرایط آزمایشگاهی عالی برای مواد ایده آل نشان می دهند. اما تحقیقات مهندسی صنایع همیشه نشان داده است که تولید واقعی معمولا بین 75 تا 85 درصد کاهش می یابد. این شامل زمان تغییر، زمان توقف و رفع کیفیت [1] است.
برای استاندارددستگاه بشقاب کاغذ تمام اتوماتیکحداکثر سرعت سیستم های هیدرولیک یا پنوماتیک قدیمی معمولاً 40 تا 80 صفحه در دقیقه است. مدل‌های جدیدتر سروو{3}}می‌توانند به ۹۰-۱۲۰ صفحه در دقیقه برسند. اما خروجی روزانه واقعی شیفت‌های هشت ساعته، همراه با فرسودگی و پارگی معمولی، معمولاً 30 تا 65 صفحه در دقیقه برای ماشین‌های متوسط{11}}است. برای سیستم های سروو الکتریک ممتاز، 70 تا 100 پلاک در دقیقه دارد. این شکاف نشان می‌دهد که چرا خریداران باید داده‌های «اثربخشی کلی تجهیزات» (OEE) را بخواهند، نه فقط ادعای اوج سرعت. OEE قابلیت استفاده، نرخ عملکرد و بازده کیفیت را در یک عدد واحد ترکیب می کند تا کارایی واقعی را نشان دهد.
ساختار مکانیکی به عنوان تعیین کننده ظرفیت اولیه
طراحی اولیه مکانیسم شکل دهی حداکثر سرعت را برای هر ماشینی تعیین می کند. سه نوع اصلی وجود دارد که در بازار رایج است. هر کدام دارای ویژگی های خروجی متفاوتی هستند.
سیستم های پرس هیدرولیک استاندارد قدیمی است. این ماشین ها از نیروی سیال برای ایجاد فشار شکل دهی استفاده می کنند. آنها قدرت قوی را ارائه می دهند، اما توسط زمان پاسخ دریچه ها و پمپ ها کند می شوند. مطالعات بهینه‌سازی فرآیند تولید نشان می‌دهد که سیستم‌های هیدرولیک به دلیل تراکم‌پذیری سیال و تأخیر در تعویض سوپاپ، محدودیت سرعت طبیعی دارند [2]. بنابراین، دستگاه مقوای اتوماتیک هیدرولیک که در فرآیند کار پایدار تنظیم می شود، به طور کلی 35-50 صفحه در دقیقه را حفظ می کند.
سیستم‌های هیبریدی مکانیکی{0} پنوماتیک طراحی هیدرولیک خالص را بهبود می‌بخشد. آنها از هوای فشرده برای سرعت بخشیدن به حرکت مراحل غیر تشکیل- استفاده می‌کنند، اما فشار هیدرولیک را برای تطبیق با ضربه زدن واقعی حفظ می‌کنند. این نوع به طور معمول به سرعت پایدار 45 تا 70 صفحه در دقیقه دست می یابد.
سروو{0}}سیستم‌های الکتریکی جدیدترین فن‌آوری پیشرفته-است. آنها نیروی مایع را با یک موتور محرک مستقیم- جایگزین می کنند. در نتیجه، این ماشین‌ها تاخیر هیدرولیکی را از بین می‌برند و امکان برنامه‌ریزی الگوهای حرکتی را فراهم می‌کنند. مطالعه نظری فناوری سروو پرس ثابت می‌کند که کنترل محور مستقل مراحل شکل‌گیری، خروج و تغذیه را همپوشانی می‌کند. در مقایسه با سیستم های جفت شده مکانیکی، کل زمان چرخه 30{10}}40٪ [3] کاهش می یابد. تجهیزات سروو{14}}بین 70 تا 110 صفحه در دقیقه نگه می‌دارند. برای اندازه های کوچکتر، برخی از دستگاه های خاص با سرعت بالا به 130 صفحه در دقیقه می رسند. هنگام ارزیابی الفدستگاه بشقاب کاغذ تمام اتوماتیک، معماری مکانیکی-هیدرولیک، پنوماتیک-هیبرید، یا سروو{2}}الکتریک-مستقیماً مرز بالایی پوشش تولید آن را مشخص می‌کند.
علم مواد و متغیرهای پایه
ظرفیت هرگز مربوط به خود دستگاه نیست. همیشه با مواد خام مورد استفاده همراه است. وزن کاغذ، رطوبت، شیمی پوشش و نوع الیاف همگی بر تقاضا برای زمان خرابی تأثیر می‌گذارند که بر تولید تأثیر می‌گذارد.
مقاله فنی گروه مطالعات خمیر و کاغذ تأکید می کند که کاغذ ضخیم تر برای دستیابی به چسبندگی خوب و شکل گیری لبه به زمان بیشتری برای گرم شدن نیاز دارد [4]. ماشین هایی که کاغذ پوشش داده شده 170 GSM را اجرا می کنند می توانند 80 صفحه در دقیقه تولید کنند. اما پردازش 300 لمینت GSM در یک دستگاه می تواند این تعداد را به 50 در دقیقه کاهش دهد. تغییرات در میزان رطوبت الیاف بازیافتی نیز برنامه ریزی ظرفیت را دشوارتر می کند. محتوای آب متفاوت به این معنی است که طول مدت اقامت باید تغییر کند، بنابراین دستگاه همیشه نمی تواند با بالاترین سرعت ثابت کار کند.
نوع پوشش نیز مهم است. پوشش های پلی اتیلن قدیمی در سطوح حرارتی متفاوتی نسبت به پوشش زیست تخریب پذیر مبتنی بر هیدرو{1}}یا پلی لاکتیک اسید- جدید ذوب می شوند و آب بندی می شوند. پوشش‌های سد{4} مبتنی بر آب، که اکنون بیشتر و بیشتر نیاز دارند، اغلب به دماهای بالاتر یا زمان بیشتری برای جامد شدن نیاز دارند. تولیدکنندگان به دنبالدستگاه بشقاب کاغذ تمام اتوماتیکباید از مواد مخصوص خود به جای نمونه های تست استاندارد برای بررسی ظرفیت تولید خود استفاده کنند. به جای یک رقم خوش بینانه، تامین کنندگان باید جداول قابلیتی ارائه دهند که تولید را بر اساس وزن و نوع پوشش نشان می دهد.
سیستم های کمکی و تنگناهای یکپارچه سازی خط
پرس های شکل دهی تنها بخشی از سیستم کلی تولید هستند. تولید واقعی اغلب توسط تجهیزات اضافی محدود می شود که نمی توانند با چاپ همگام شوند. استاکر، شمارنده، دستگاه های برش لبه و نوار نقاله های بسته بندی باید با هم کار کنند تا از انسداد جلوگیری شود.
استانداردهای اتوماسیون صنعتی می گویند که تعادل خطوط برای دستیابی به ظرفیت رتبه بندی شده کلیدی است. یک جزء کوچک پایین دستی که خیلی کند است می تواند تولید را تا 20-30٪ [5] در کل خط تولید کاهش دهد. به عنوان مثال، اگر یک ماشین چاپ بتواند 90 صفحه در دقیقه تولید کند و یک ماشین انباشته می تواند تنها 70 صفحه در دقیقه را بدون جایابی اشتباه پردازش کند، ظرفیت واقعی 70 است. دستگاه های مدرن با خروجی بالا اکنون از سیستم های انتخاب و قرار دادن رباتیک با کالیبراسیون هدایت شونده بصری استفاده می کنند. این تضمین می کند که توان کمکی با دستگاه چاپ مطابقت دارد. در بررسی ظرفیت تولید، خریدار باید به مشخصات کل خط تولید نگاه کند، نه فقط به خود ماشین چاپ. الفدستگاه بشقاب کاغذ تمام اتوماتیکتنها زمانی می‌تواند خروجی امتیازی خود را ارائه دهد که تمام سیستم‌های کمکی بالادستی و پایین‌دستی برای مطابقت با سرعت شکل‌دهی آن هماهنگ و متعادل شده باشند.
عوامل عملیاتی موثر بر ظرفیت پایدار
سخت افزار تنها چیزی نیست که مهم است. عوامل انسانی و فرآیندی نیز می توانند تأثیر قابل توجهی بر تولید واقعی داشته باشند. فراوانی تعویض محصول، تعمیر و نگهداری، مهارت اپراتورها و شرایط کارخانه همه بر تولید روزانه تأثیر می گذارد.
ماشین‌هایی با ابزارهای تغییر سریع و حافظه فرمول می‌توانند زمان خرابی را در طول اجرای محصول کاهش دهند. که ظرفیت را تحت برنامه های مختلف ثابت نگه می دارد. با این حال، ماشین‌هایی که نیاز به تنظیم دستی زیادی از قالب‌ها دارند، می‌توانند 15-25% از زمان تولید خود را از دست بدهند، زیرا قالب‌ها باید در کارخانه‌هایی که انواع مختلفی از محصولات را تولید می‌کنند، جایگزین شوند. رطوبت و دمای کارخانه باعث تغییر عملکرد و سرعت خنک شدن کاغذ می شود. تولید از تاسیسات کنترل آب و هوا می تواند با فصول سال 10-15 درصد افزایش یا کاهش یابد. نشان داده شده است که برنامه های آموزشی تایید شده توسط مدرسه فنی به طور قابل توجهی OEE وابسته به اپراتور را بهبود می بخشد. بنابراین، آموزش نیروی کار به اندازه انتخاب ماشین آلات مناسب برای دستیابی به محدوده ظرفیت اعلام شده اهمیت دارد [6].
نتیجه گیری
صفحه کاغذی تمام اتوماتیک تیمعمولاً بین 35 تا 130 برگ در دقیقه متغیر است. این بستگی به نوع ماشین، ویژگی های مواد، راه اندازی خط و نحوه اجرای سیم کشی دارد. با این حال، 75-85٪ از حداکثر سرعت باید در برنامه ریزی تولید واقعی استفاده شود. شما باید به اعداد OEE نگاه کنید، نه فقط تبلیغات با سرعت اوج. در حال حاضر سیستم‌های{8}}سروو الکتریک به بخش مهمی از ظرفیت تولید{10}بالا تبدیل شده‌اند. هیبریدهای هیدرولیک و پنوماتیک در رده متوسط خدمت می کنند. مهمتر از همه، ظرفیت باید همیشه در ارتباط با مواد خاص و راه اندازی کامل خط شما در نظر گرفته شود. کسانی که ظرفیت را در این دیدگاه گسترده بررسی می کنند، پیش بینی های بهتری انجام می دهند، از ارزش گذاری بیش از حد پرهزینه جلوگیری می کنند و ماشین هایی را انتخاب می کنند که هم تقاضای فعلی و هم رشد آینده را برآورده می کنند.
مراجع
[1] ناکاجیما، اس. (2021). * نمایه TPM: کل تعمیر و نگهداری مولد و اثربخشی کلی تجهیزات*. چاپ بهره وری. متن آکادمیک پایه روش‌های محاسبه OEE و معیار کاهش کارایی معمول در تولید گسسته ایجاد شده است.
[2] Altintas, Y., & Verl, A. (2022). "سیستم‌های مبتنی بر خوراک-و دینامیک مکانیکی در تولید مدرن."سالنامه CIRP, 71(2), 687{3}}710. مقالات مجلات بررسی شده محدودیت‌های سرعت سیستم‌های تحریک هیدرولیکی در مقابل الکتریکی را در برنامه‌های مطبوعاتی تحلیل می‌کنند.
[3] Neugebauer, R., & Drossel, WG (2023). فن آوری سروو پرس: بهبود انعطاف پذیری فرآیند و بهره وری در شکل دهی ورق فلز و کامپوزیت.تحقیق و توسعه مهندسی تولید، 245-258. تحقیقات آکادمیک در مورد کاهش زمان چرخه با کنترل مستقل محور سروو
[4] TAPPI (2022). پارامترهای قالب‌گیری حرارتی برای بسته‌بندی خدمات مواد غذایی مبتنی بر فیبر-: تعامل بین بستر و پوشش.مقالات فنی مجله TAPPI، 21 (6)، 33-44. انتشارات انجمن فنی چگونگی تأثیر گرما، رطوبت و شیمی پوشش بر زمان اقامت و توان عملیاتی را نشان می دهد.
[5] انجمن بین المللی اتوماسیون (2023).ISA{1}}95 یکپارچه سازی سیستم کنترل سازمانی: استانداردهای تعادل خط و بهینه سازی توان عملیاتی. گزارش فنی ISA TR95.00.07. تجهیزات بالادستی و پایین دستی با اسناد استاندارد صنعت برای دستیابی به تعادل ظرفیت خط هماهنگ شده است.
[6] موسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (2021). کارایی آموزش نیروی کار در محیط های تولید خودکار: پیامدهایی برای اثربخشی تجهیزات و نتایج ایمنیشماره انتشارات فنی NIOSH. 2021-145. مؤسسات تحقیقاتی دولتی همبستگی بین برنامه‌های آموزش اپراتور ساختاریافته و پیشرفت‌های قابل اندازه‌گیری در بهره‌وری پایدار ماشین‌ها را مطالعه می‌کنند.