쓰레기 봉투를 생산하는 과정에서 생산의 효율성은 단지 기계의 속도에만 있는 것이 아닙니다. 분당 250바퀴로 달리는 라인은 여전히 잠재적 출력의 30%를 잃을 수 있습니다. 이러한 손실은 마이크로다운타임, 낭비 거부 및 긴 전환 시간으로 인해 발생합니다. 쓰레기 봉투 제조 기계의 실제 생산성을 향상시키는 방법에는 하드웨어 엔지니어링, 제어 소프트웨어 및 프로세스 설계가 포함됩니다. 이러한 방법을 이해하려면 기계의 최고 속도를 살펴봐야 합니다. 우리는 기계가 생산성을 저하시키는 특정 유형의 손실을 어떻게 제거하는지 이해해야 합니다.
이론적인 결과와 생산적인 결과의 구별
생산성 분석의 첫 번째 규칙은 정격 속도와 실제 생산량이 거의 동일하지 않다는 것입니다. 국제표준화기구(International Organization for Standardization)는 제조 운영의 핵심 성과 지표에 관한 ISO 22400{10}}2을 통해 전체 장비 효율성(OEE)과의 격차를 정의합니다. OEE는 가용성, 성능 및 품질 비율을 배가시킵니다. 예를 들어, 분당 200개의 백을 처리하는 기계의 가동 중지 시간은 12%입니다. 재료 변화를 처리하기 위해 최고 속도의 85%로 작동합니다. 그리고 이는 4%의{11}}규격을 벗어난 제품을 만듭니다. 이 기계의 OEE는 약 63%입니다. 따라서 이론적 용량의 37%가 손실됩니다.
현대 쓰레기 봉투 제조 기계는 특정 엔지니어링 솔루션을 사용하여 이러한 세 가지 손실 영역을 각각 해결합니다. 손실을 감시하고 줄이기 위해 운영자에게 의존하지 않습니다. 다음 섹션에서는 기계가 각 유형의 손실을 줄이는 방법을 살펴봅니다.
처리량을 두 배로 늘리기 위한 직렬 밀봉 아키텍처
생산성을 향상시키는 가장 직접적인 방법은 기계의 작동 속도를 높이는 것이 아니라 기계의 설계를 변경하는 것입니다. 오래된 쓰레기봉투 생산 라인은 밀폐된 스테이션을 사용합니다. 이 스테이션의 각 기계는 가방을 처리합니다. 각 사이클에는 단계가 있습니다. 씰이 닫힙니다. 160~200도에서 0.15~0.4초 동안 닫힙니다. 그런 다음 엽니다. 그런 다음 필름은 가방의 길이를 앞으로 이동시킵니다. 전체 주기는 0.4~0.6초가 소요됩니다. 이는 생산량을 분당 약 100~150개로 제한합니다.
생산 효율성을 높이기 위해 쓰레기 봉투 만들기 기계는 직렬 밀봉 장치를 채택합니다. 이는 두 개의 씰링 스테이션을 번갈아 사용하는 것을 의미합니다. 스테이션 B는 스테이션 A가 다운타임에 있을 때 영화를 옮기고 폐쇄를 준비하고 있습니다. 두 방송국은 동일한 영화 경로를 공유합니다. 하지만 그들은 하나씩 다른 가방 위치에서 일합니다. 이로 인해 처리량이 분당 250~350개로 두 배 증가했습니다. 숙박 기간이 절반으로 줄어들지는 않습니다. 0.15초 미만의 체류 시간은 밀봉을 약화시키기 때문에 이는 중요합니다.
SPE(Society of Plastics Engineers)에서는 고속 폴리에틸렌 필름 밀봉에 관한 기술 논문을-발표했습니다. 논문에서는 정상적인 밀봉 온도에서 0.12초 미만의 체류 시간으로 인해 폴리머 사슬이 밀봉 전체에서 완전히 혼합되는 것을 허용하지 않는다는 것을 보여줍니다. 이렇게 하면 박리 강도가 25~35% 감소합니다. 직렬 설계는 양호한 가동 중지 시간을 유지합니다. 동시에 기계 시간에 따라 분당 생성되는 씰 수가 두 배로 늘어납니다. 그 결과 단일 정지 설계에 비해 순 생산성이 95% 증가했습니다.{10}} 이러한 증가에는 두 번째 사이트의 추가 유지 관리 작업이 고려되었습니다.
서보{0}}구동 필름 인덱싱 및 가속 프로파일링
박막 추진 메커니즘은 밀봉, 천공 및 절단 스테이션을 통해 필름을 당깁니다. 시스템은 속도 제약과 제품 가변성의 주요 원인이었습니다. 기계식 캠-구동 인덱서는 고정된 가속 패턴을 가지고 있습니다. 그들은 폴리에틸렌 필름에 우뚝 솟은 라벨을 붙였습니다. 저크(Jerk)는 가속도의 변화율입니다. 이로 인해 멤브레인이 늘어나고 너비가 변경되며 때로는 분당 150랩 이상 속도가 느려집니다.
서보 구동 인덱서는 캠을 프로그래밍 가능한 전자 캠 프로필로 대체합니다. 이 프로필은 모션 컨트롤러에 저장됩니다. 서보 모터는 정밀 롤러 쌍을 구동합니다. 이 실린더의 직경은 일반적으로 120~150mm입니다. 크롬-도금 처리되어 있으며 표면 마감은 Ra 0.2{10}}0.4미크론입니다. 롤러는 필름을 단단히 잡아주어 봉지의 설정된 길이에 따라 전진합니다. 그들은 저크를 제한하기 위해 S-곡선 가속 곡선을 사용합니다. IEEE Transactions on Industrial Electronics에서는 이에 대해 연구했습니다. 결과는 S-곡선 모션 프로파일이 동일한 주기 속도에서 일정한 가속 프로파일에 비해 최대 필름 응력 비율을 40%까지 줄일 수 있음을 보여줍니다. 이를 통해 기계는 필름의 탄성 한계를 초과하지 않고 12μm LLDPE 필름에서 분당 250+의 속도로 작동할 수 있습니다.
서보 인덱서는 백 길이 위치 지정 정확도가 ±0.3mm입니다. 백 길이의 변화가 다음 단계에 영향을 미칠 수 있으므로 이 정확도는 중요합니다. 종이봉투 길이를 2mm 이상 자르면 500봉지 포장 상자가 너무 깁니다. 천 가방을 2mm 짧게 자르면 천 가방의 크기가 요구 사항을 충족하지 않습니다. TAPPI의 변환 부문에서는 치수 반복성이 ±0.5mm 이내였으며 부피 낭비율이 ±2mm 공차에 비해 60~70% 감소했다고 밝혔습니다.
플라잉 스플라이스를 사용한 자동 롤 전환
롤러 교체는 배깅 공정에서 예상치 못한 가동 중단 시간을 발생시키는 가장 큰 원인 중 하나입니다. 표준 500kg 롤의 너비는 1,200mm이고 15μm LDPE 필름의 선형 길이는 약 28,000미터입니다. 이는 표준 800mm 백 약 35,000개에 충분한 양입니다. 분당 250개의 봉지를 처리하면 약 140분 안에 롤이 소진됩니다. 따라서 교대당 8-10회의 볼륨 변경이 있습니다.
수동 되감기는 한 번에 8~15분 정도 걸립니다. 기계를 멈추고, 빈 코어를 꺼내어 새 드럼에 넣고, 필름의 꼬리 부분을 런닝 와이어와 연결한 다음 다시 끼워야 합니다. 이는 교대당 60~120분의 생산 손실에 해당합니다. 자동 코일링 기계를 갖춘 쓰레기 봉투 제조업체는 각 변경 시간을 30~45초로 단축합니다. 최고 속도로 연결되었습니다.
이것이 바로 플라이-팁 시스템이 작동하는 방식입니다. 보조 펼치기 위치는 교체 롤을 준비 상태로 유지합니다. 앞쪽 가장자리는 덕테이프로 고정되었습니다. 레이저 센서는 런닝 롤러의 직경이 설정된 최소값에 도달하면 이를 감지합니다. 그런 다음 제어 시스템은 라인 속도에 맞게 대기 롤의 속도를 높입니다. 뜨거운 모자이크 스틱을 겹쳐진 지점에 대고 누릅니다. 그것은 오래된 그물을 잘랐습니다. 이 모든 일이 2~3초 안에 일어납니다. 기계는 결코 멈추지 않습니다.
유럽 플라스틱 재활용 및 회수 조직 협회(EPRO)는 유연한 필름 변환기에 대한 운영 벤치마킹 데이터를 보유하고 있습니다. 데이터에 따르면 자동화된 접합 시스템은 롤 교체로 인한 교대당 평균 가동 중지 시간을 85~92% 줄였습니다. 이를 통해 교대당 50~100분의 생산 시간을 복원할 수 있습니다.
인라인 결함 감지 및 폐쇄-루프 수정
품질 손실은 폐기되거나 낮은 등급으로 판매되어야 하는 사양으로 만들어진 가방입니다. 이는 일반적으로 인라인 검사 없이 기계 생산의 3~6%를 차지합니다. 시간당 250+개의 봉지-고속철도 노선에서 90초 동안이라도 눈에 띄지 않는 품질 문제로 인해 375개의 불량 봉지가 발생했습니다.
최신 머신 비전 감지 시스템에는 두 가지 핵심 사항이 있습니다.
Seal Check는 2,048~4,096픽셀의 고해상도-와이어-스캐닝 카메라를 사용합니다. 카메라는 하단 씰이 만들어지자마자 이미지를 생성합니다. 시스템은 씰 폭의 균일성을 점검합니다. 불완전한 융합, 즉 차가움을 발견합니다. 또한 씰에 갇힌 젤 입자나 먼지와 같은 오염 물질도 찾아냅니다. 포장 및 가공 기술 협회(PMMI)는 가시광선을 사용한 인라인 열화상을 통해 분당 300개 이상의 백 속도에서 밀봉 결함의 98%를 감지했다고 밝혔습니다.
천공 검사는 보조 카메라를 사용합니다. 카메라는 천공의 깊이와 균일성을 확인합니다. 얕은 지혈대 가방으로 인한 펑크입니다. 상처가 너무 깊으면 포장이 조기에 찢어질 수 있습니다. 시스템은 각 천공 지점에서 남은 재료 브리지의 두께를 측정합니다. 이는 0.5 -1.5 mm 공차 범위를 벗어난 가방을 표시합니다.
결함이 감지되면 시스템은 경보만 울리는 것이 아닙니다. 측정 데이터를 밀봉 및 천공 컨트롤러로 다시 보냅니다. 씰 온도가 너무 낮고 융합이 불완전한 경우 컨트롤러는 자동으로 설정 온도를 2~3°C 높입니다. 천공 깊이가 너무 얕으면 블레이드 깊이 서보를 0.02mm 조정합니다. 이러한 폐쇄형-루프 수정은 제어 프로세스 결과에 대한 ISO 9001 품질 관리 프레임워크의 8.5.1항에 따라 승인되었습니다. 품질 관련 낭비가 3~6%에서 0.5% 미만으로 줄어듭니다. 이는 시간당 6~12분의 추가 생산 시간에 해당합니다.
다양한 형식의 제작을 위한 빠른-변경 툴링-
쓰레기 봉투 라인이 확장됨에 따라 20-리터 주방 가방에서 240리터 쓰레기통까지 크기도 확장됩니다. 게이지도 12미크론의 얇은 백부터 35μm의 견고한 백까지 다양합니다. 그리고 플랫 씰, 스타 씰, 지퍼, 씰 등과 같은 다양한 스타일이 있습니다. 따라서 이러한 유형 간의 빠른 전환이 출력의 핵심 요소입니다.
SMED는 일본 능률 협회가 정한 SMED 방식입니다. 많은 공장에서는 이를 사용하여 작업을 전환합니다. SMED는 설정 시간을 두 부분으로 나눕니다. 내부 설정은 기계를 멈춰야 함을 의미합니다. 외부 설정은 기계가 계속 작동할 때 준비가 가능하다는 것을 의미합니다. SMED 규칙을 따르는 쓰레기 봉투 제조 기계에는 다음과 같은 기능이 있습니다.
- 볼트 커터 대신 캠 잠금 레버를 사용하여 신속하게{0}}씰을 해제합니다. 그 결과 바코드 교환 시간이 20분에서 3분 이내로 단축됐다.
- 툴링 카트가 미리 준비되어 있습니다. 차세대 형식의 씰 바, 천공 블레이드 및 접이식 플레이트를 기계에 바로 고정합니다. 현재 실행에서 설정됩니다.
- 레시피에 따른 서보 조정. 이 컨트롤 백의 길이, 접는 너비 및 천공 위치. PLC가 5초 안에 호출할 것입니다. 그리고 기계적인 변화도 필요하지 않습니다.
- 나사식 가이드 레일과 테이프 접착 스테이션의 연결 지점은 색상 코드입니다. 따라서 운영자는 올바른 경로를 찾아 연결하기 위해 매뉴얼을 볼 필요가 없습니다.
ISO 22400-2 OEE 규칙은 Institute of Manufacturing Performance에서 사용됩니다. 그들은 SMED 기반 백 머신이 6~10분 안에 전체 형식을 변경할 수 있다는 것을 발견했습니다. 여기에는 첫 번째 품목 품질 검사가 포함됩니다. 그러나 평균 기계는 30~45분 정도 걸립니다. 교대당 4~6개의 형식이 변경되는 공장의 경우 작업 시간을 90~180분 절약할 수 있습니다.
예측 유지보수 및 장비 가용성
계획되지 않은 가동 중지 시간은 구성 요소 오류로 인해 발생합니다. 예를 들어 베어링이 걸리거나, 씰 히터가 타거나, 천공 블레이드가 마모되는 경우가 있습니다. 폐쇄로 인해 생산성이 가장 큰 타격을 입었습니다. 예고 없이 일어나는 일이니까요. 문제를 해결하기 전에 먼저 문제를 찾아야 합니다.
제조 엔지니어 협회(Institute of The Society of Manufacturing Engineers)는 일부 데이터를 공개했습니다. 데이터에 따르면 Packers의 계획되지 않은 가동 중지 시간은 가동 중단 후 다시 시작하는 데 45~90분 정도 걸렸습니다. 진단에만 25~40분이 소요됩니다.
예측 유지 관리는 이 문제를 해결합니다. 부품의 상태를 확인하고 있습니다. 부품이 악화되지만 고장이 나지 않으면 경고를 보냅니다. 쓰레기 봉투 제조 기계 제조업체가 해야 할 일과 하지 말아야 할 일은 다음과 같습니다.
진동 센서는 씰링 스테이션의 베어링에 장착됩니다. 가속도 센서는 베어링의 진동 패턴을 측정합니다. 베어링의 레이스-스트리핑이 시작되면 진동 주파수가 명백하게 변합니다. 베어링이 완전히 파손되기 전 200~400시간의 작업 시간 사이에 변화를 감지할 수 있습니다. 이는 기계적 진동 검사에 대한 ISO 10816 규칙을 준수합니다. 이 조기 경고를 통해 예정된 유지 관리 중지 중에 베어링을 교체할 시간을 확보할 수 있습니다.
모니터링을 통해 씰 히터 저항을 확인하십시오. 씰에는 카트리지 히터가 포함되어 있습니다. 히터가 오래되면 저항도 늘어납니다. 저항 추세를 살펴보면 히터의 수명이 거의 다 된 시기를 알 수 있습니다. 이는 순환 중에 씰 온도가 오작동하는 것을 방지합니다. 그러한 고장이 발생하면 작업자가 알아채기도 전에 수백 개의 씰이 파손될 수 있습니다.
천공-날 가장자리도 감시 대상이었습니다. 그러나 대부분의 경우 센서를 블레이드에 직접 장착할 수 없습니다. 대신 실루엣에 필요한 힘을 측정합니다. 이 힘은 베인 구동 서보 시스템의 토크 피드백에서 읽혀집니다. 칼날이 무뎌지고 힘이 올라갑니다. 토크가 정상보다 15~20% 높으면 블레이드를 교체해야 함을 의미합니다. 따라서 절단 품질이 나빠질 때까지 기다렸다가 고치는 대신, 연마하거나 교체할 계획을 세울 수 있습니다.
유나이티드 US. 에너지부의 에너지 효율 및 재생 에너지 사무국은 제조 시스템 신뢰성에 대한 지침을 제공합니다. 소프트-포장 기기의 예측 유지 관리를 통해 계획되지 않은 가동 중지 시간을 35~45% 줄일 수 있다고 합니다. 또한 수동적 유지 관리에 비해 유지 관리 인건비를 20~30% 절감합니다.
에너지 관리 및 지속 가능한 생산성
생산성이 높을수록 더 많은 에너지를 사용할 수 있습니다. 이로 인해 비용 절감 효과가 줄어들 수 있습니다. 이는 전기 가격이 높거나 탄소세가 부과되는 경우 특히 그렇습니다. 쓰레기 봉투 만들기 기계는 에너지를 절약하고 전력 소비를 관리하는 특성을 가지고 있습니다.
- 서보 회생 제동이 특징 중 하나입니다. 필름-인덱싱 서보는 각 사이클마다 최고 속도에서 0으로 감속하고 모터는 발전기가 됩니다. 운동 에너지를 DC 버스로 다시 보냅니다. 분당 250사이클 이상을 실행하는 빠른 기계에서 이 재활용 에너지는 서보 시스템의 총 전력 요구량의 15~25%를 충족할 수 있습니다.
- 씰 백업 제어는 또 다른 기능입니다. 롤 변경, 형식 변경 또는 짧은 생산 중단 중에 씰 온도는 작업 설정점의 85~90%로 유지됩니다. 항상 실온까지 내려가는 것은 아닙니다. 유럽연합 집행위원회의 JRC(공동 연구 센터)에는 폴리머 필름 변환에 대한 참고 논문이 있습니다. 대기 모드에서는 씰 바를 재가열하는 데 걸리는 시간이 4~6분에서 60초 미만으로 단축됩니다. 완전 재가열보다 에너지 소비가 40% 적습니다.
- 주문형 접착제로 녹이는 방법도-사용됩니다. 조임끈 가방을 만들기 위해 접착 테이프를 사용하는 기계의 경우 접착제는 주문형 핫멜트 시스템을 사용하여 50~100g의 작은 배치로 처리됩니다.- 그들은 항상 170에서 5리터 탱크를 가득 채울 수 없습니다. 이를 통해 접착 시스템의 에너지 소비가 35~40% 감소합니다.
결론
쓰레기 봉투 만들기 기계 제조업체의 효율성은 많은 것들이 함께 작동하는 데서 비롯됩니다. 여기에는 기계 설계(예: 탠덤 씰링), 동작 제어(서보-구동 S-곡선 인덱싱), 자동화(플라이-전단 롤 변경), 인라인 품질 관리(비전-기반 폐쇄{5}}루프 수정), 작동 방법(SMED-기반 툴링 설계), 유지 관리 계획(진동 및 토크 기반 예측 모니터링) 및 에너지 사용(회생 제동 및 백업 온도 제어)이 포함됩니다.
각 부분은 서로 다른 종류의 손실을 보상했습니다. 이러한 손실 유형은 OEE 프레임워크에서 비롯됩니다. 그것은 유용성, 성능, 품질입니다. 그리고 그 부분들의 효과는 단순히 합산되는 것이 아닙니다. 두 개를 곱하세요.
예를 들어, 기계가 각 손실 영역을 15% 증가시키면 총 생산성은 약 55% 증가합니다. 15%가 아닙니다. 이는 성능과 품질도 좋아지면 생산에 더 많은 시간이 남기 때문에 발생합니다.
실제 생산성{0}}엔지니어링 시스템을 더 빠른 엔지니어링 시스템과 다르게 만드는 것은 바로 이러한 곱셈 효과입니다.
참고자료
- ISO 22400-2:2014.자동화 시스템 및 통합 - 제조 운영 관리를 위한 핵심 성과 지표(KPI) - 파트 2: KPI 정의.
- 플라스틱 엔지니어 협회(SPE).ANTEC Conference Proceedings - 고속 폴리에틸렌 필름 밀봉의 체류 시간 및 밀봉 강도.-
- IEEE.유연한 필름 인덱싱을 위한 산업용 전자 - S-곡선 모션 프로필에 대한 거래입니다.
- TAPPI 변환 사업부.필름 변환의 치수 반복성에 대한 기술 지침.
- 유럽 플라스틱 재활용 및 회수 조직 협회(EPRO).유연한 필름 변환기에 대한 운영 벤치마킹 데이터.
- 포장 및 가공 기술 협회(PMMI).고속-포장 라인을 위한 인라인 검사 기술.
- ISO 9001:2015.품질 관리 시스템 - 요구사항.
- 일본경영협회.1분{0}}SMED(Exchange of Die) 방법론 및 구현 프레임워크.
- 제조성능연구소.장비 변환을 위한 OEE 벤치마킹 연구.
- 제조 엔지니어 협회(SME).유연 포장 분야의 예측 유지 관리 사례 연구.
- ISO 10816.기계적 진동 -비회전 부품의 측정을 통한 기계 진동 평가-.
- 미국 에너지부 - 에너지 효율 및 재생에너지국.제조 시스템 신뢰성 및 유지 관리 지침.
- 유럽연합 집행위원회 공동연구센터(JRC).폴리머 필름 변환 산업에 대한 BAT 참조 문서.
