Как работает полуавтоматическая машина для переработки бумажных пакетов?

Полностью автоматизированная линия по производству пакетов производительностью 300 пакетов в минуту впечатляет, но она не является правильным выбором для всех операций. Небольшие упаковочные мастерские, общественные предприятия по переработке отходов, специализированные переработчики и производители на развивающихся рынках сталкиваются с разными реалиями: ограниченным финансированием, различными поставками сырья, небольшим ассортиментом партий и затратами на рабочую силу (что делает полную автоматизацию слишком дорогостоящей на первых порах). В таких условиях полу-автономные машины (некоторые этапы производства выполняются машинами, другие требуют вмешательства человека) обеспечивают правильный баланс между объемом, гибкостью и инвестиционным риском.

Чтобы понять, какПолуавтоматическая машина для переработки бумажных пакетовработает, вам необходимо понимать две отдельные части: механические этапы, которые машина выполняет самостоятельно, и ручные этапы, которые связывают эти этапы с бесперебойным производственным процессом. Сочетание автоматизации и ручного труда не является недостатком-это продуманный выбор конструкции, соответствующий возможностям машины и экономическим соображениям пользователя.

Определение понятия «полу-автоматический»: что делает машина и что делает оператор

Разница между полностью автоматическим и полуавтоматическим-автоматическим принципом проста, но сложна на практике. Полностью автоматизированные машины для производства бумажных пакетов удаляют бумагу из рулонов, формируют бумажные трубочки, наносят клей, разрезают на отрезки, чтобы сформировать дно пакетов, и укладывают готовые пакеты в фиксированном хронологическом порядке. Операторам не требуется работать между этапами. Машине требуется всего несколько минут, чтобы переключиться с одного размера пакета на другой с помощью электронного выбора рецепта и сервопривода.

Полу-автоматы автоматически выполняют этапы формования, склеивания и резки. Но это не связывает их с непрерывной временной шкалой. Оператор перемещает полуфабрикат-между станциями вручную. Это создает паузу между этапами, ограничивает количество мешков, которые операторы могут быстро обработать, и добавляет некоторые вариации размеров в зависимости от навыков оператора. Но это также снижает затраты на оборудование на 60–80%, упрощает техническое обслуживание и позволяет быстро менять размеры за счет физических настроек, а не запрограммированных рецептов.

Американское общество инженеров-механиков (ASME) классифицирует оборудование для переработки упаковки по уровню автоматизации в своих стандартах производственного оборудования. Они отмечают, что полу-автоматические системы имеют отдельные станции обработки, между которыми вручную транспортируется материал. Полностью автоматизированные системы имеют непрерывную запланированную веб-обработку на всех сайтах [1]. Эта группировка является инженерной основой для понимания рабочих процессов.

Переработанная бумага: контекст материала

Слово «переработка» в названии машины используется не просто для галочки. Он отражает материальные реалии, влияющие на весь производственный процесс. Разница между переработанной бумагой и новой крафт-бумагой в основном отражается в следующих аспектах, которые напрямую влияют на работу машины:

Разнообразие длины волокон: новые крафт-волокна длинные и однородные, бумага имеет предсказуемую прочность на разрыв и способность складываться. Переработанные волокна короче. Из-за механических повреждений во время варки целлюлозы, удаления краски и пересылки средняя длина волокна сокращается с каждым циклом переработки. По данным Технической ассоциации целлюлозно-бумажной промышленности TAPPI T494, переработанная крафт-бумага обычно на 15–30 процентов менее механически растяжима, чем новая бумага того же веса [2].

• Неровность поверхности: переработанная бумага может содержать остатки чернил, кусочки клея и комки волокон. Это может привести к проблемам с поверхностью:-потемнениям, шелушению и неровной текстуре. Эти проблемы могут повлиять на качество печати, прочность клея и конечный внешний вид сумки.
• Изменения влажности и твердости: из-за изменений в составе волокон между производственными партиями переработанная бумага не так стабильна по влажности и твердости, как новая бумага. Испытания TAPPI T516 на жесткость на изгиб показывают, что жесткость на изгиб образцов переработанной бумаги значительно различается по сравнению с новой коричневой бумагой того же веса [2].
• Цикл переработки: бумажные пакеты сокращают жизненный цикл материалов более полно при сборе и-переработке, чем новые бумажные пакеты, в основе которых лежит свежесрубленная древесина. Международная организация по стандартизации (ISO ISO) разработала правила проверки переработанного содержимого в соответствии с ISO 14021. В этих правилах разделяется переработанное содержимое до-потребителя (заводской лом) и после-потребления (использованный продукт). Они также установили минимальный процент возмещения для самозаявленных «зеленых» претензий [3].

Полуавтоматическим переработчикам бумажных пакетов приходится иметь дело с этими различиями в материалах, внося более широкие изменения в складывающиеся пластины, давление зажима и настройки клея, чем машины, даже для новой бумаги. Ручное переключение со станции на станцию ​​обеспечивает встроенный-буфер: операторы могут видеть детали, сформированные в каждой секции, и корректировать операции в режиме реального времени. Это компенсирует тот факт, что полностью автоматизированные производственные линии либо отказываются решать серьезные проблемы, либо не справляются с ними, даже не замечая этого.

Производственный процесс: станция за станцией

Станция 1: Подготовка и резка бумаги

В полу-автоматическом рабочем процессе бумагу можно предварительно-разрезать или свернуть небольшими партиями. Операторы вводят его в станцию ​​ручной или моторизованной резки. Станции для резки-обычно гильотинного типа-резака для бумаги или ротационного продольно-резательного станка-изготовляют прямоугольные куски бумаги размера, необходимого для целевого пакета.

Это ручной шаг. Оператор определяет размер отреза, регулируя заднюю часть машины, подавая бумагу, начиная резку и укладывая бумагу. Для роликовых питателей операторы могут использовать моторизованную размотку и резаки для создания секций ленты нужной ширины, которые затем можно-доставить вручную на следующую станцию ​​формования.

Точность размера ломтика напрямую влияет на качество складывания и формования на более позднем этапе. Если ширина пластины варьируется более чем на ±1 мм, будет неравномерность кольца, смещение складок и негерметичность нижнего уплотнения. Навыки оператора в настройке и поддержании калибровки инструмента являются основной проверкой качества на этом этапе.

Станция 2: биговка и складывание

нарезанные листы перемещаются на станцию ​​биговки и фальцовки. Уменьшение количества-вмятин вдоль сгиба-важно, поскольку переработанная бумага имеет различную твердость. Складывание без пред-складок приводит к неравномерности складок, особенно по краям сгиба и основанию.

Биговальная станция оснащена матрицами мужского и женского типа. Приподнятый выступ (охватывающая матрица) вдавливается в соответствующий канал (охватывающая матрица). Это уплотнит волокна бумаги вдоль линии сгиба без разрезания. Это сжатие создает шарнирную точку, которая направляет следующий шарнир под стабильный угол.

TAPPI T511 обеспечивает метод измерения качества сгиба. В нем говорится, что угол сгиба соответствующей складки должен быть стабильным в диапазоне ± 2 градуса и что при обычном осмотре линия сгиба не должна иметь волокнистых трещин [2]. По сравнению с новой бумагой, переработанная бумага требует более широких каналов сгиба и меньшей силы вдавливания для достижения стабильного качества. Это связано с тем, что более короткие волокна с большей вероятностью порвутся под сильным давлением.

После сгиба оператор вручную складывает линию сгиба в плоскую трубку. Один край перекрывает другой, образуя нахлест клея. Затем переместите сложенную трубку на станцию ​​склеивания.

Этап 3: Нанесение клея

Клей наносится на резиновое кольцо-участок перекрытия, загерметизированный сбоку шланга. При полу-автоматической установке обычно используется один из следующих трех методов:

• Ручная кисть или валик: оператор наносит холодный клей (ПВА или декстрин) на клеевой шов. Этот способ самый дешевый, но и самый неравномерный. Толщина и укрывистость клея полностью зависят от навыков оператора.
• Полу-автоматическое клеевое колесо: моторизованное клеевое колесо, в котором оператор перемещается по клеевому притиру в определенное время. Колеса покрыты контролируемым количеством клея, что уменьшает разброс по сравнению с ручной чисткой.
• Пистолет для терморасплава: ручное- или стационарное сопло для терморасплава, которое подает клей на клеевой притир при нажатии оператором. Термоклей затвердевает практически сразу, поэтому можно переходить к следующей станции, не тратя время на высыхание.

Клеевое соединение на переработанной бумаге требует особого внимания. Проблемы с поверхностью переработанной бумаги-остатки чернил, комки целлюлозы и неравномерная пористость-могут даже препятствовать проникновению клея и снижать прочность склеивания. Экологический совет по упаковке бумаги и картона (PPEC) обнаружил, что переработанная крафт-бумага обычно на 10–20% менее склеена, чем новая коричневая бумага. Это означает, что вам понадобится более широкое кольцо (для увеличения площади соединения) или более прочный тип клея, чтобы получить такую ​​​​же прочность уплотнения [4].

Станция 4: Сжатие и герметизация трубок

После нанесения клея шланг проходит через ручной или полуавтоматический -сжимающий зажим-пару роликов или плоский пресс-, и оператор начинает сжимать кольцо и наклеивать клей. Для холодного клея время прессования должно быть достаточно продолжительным, чтобы клей достиг необходимой прочности (обычно 1–3 секунды при нормальном давлении зажима). Для термоклея штамповка происходит практически мгновенно.

Затем оператор проверяет запечатанную трубу, чтобы убедиться, что клеевой шов полностью склеен, без видимых зазоров и подъемов кромок. Неисправные трубки затем выбрасывались. Это проверка качества, обычно недоступная на полностью автоматизированных производственных линиях, которые полагаются на оптические проверки после производства, а не на ручные проверки во время производства.

Станция 5: Формирование днища

Формование днища — наиболее трудоемкий-процесс полу-автоматического производства. Оператор открывает запечатывающую трубку с одного конца, наносит клей на поверхность нижнего клапана (используя тот же метод, что и при склеивании бокового -шва) и складывает нижний клапан внутрь, образуя дно пакета.

Для сумок с плоским-дном последовательность складывания включает три или четыре клапана, которые необходимо сложить в определенной последовательности, чтобы сформировать дно рюкзака. Для пакетов с квадратным (блочным) дном и складками последовательность действий более сложная. Боковые складки сначала должны загнуться внутрь. Затем передний и задний клапаны сложили. Склейте каждый слой, чтобы сформировать много-запечатанное дно.

Искусственность этого этапа означает, что качество формирования дна напрямую зависит от подготовки и уравновешенности оператора. Квалифицированные операторы могут изготовить днища одинакового размера и прочности уплотнения. Неподготовленные операторы создают дно с неровными углами сгиба, неровным покрытием и неровными путями утечки. Такая зависимость от навыков является основным ограничением качества полу-автоматического производства.

Станция 6: Окончательное прессование и сушка

Сформированное дно определяется окончательным прессованием-ручным прессом или моторизованным зажимом-для склеивания дна. Для холодных полиэтиленовых пакетов готовые пакеты помещают на вешалку или отправляют через короткий сушильный туннель на 5–15 минут. Это позволит клею полностью затвердеть перед укладкой и упаковкой.

Это время сушки является пределом производства, которого можно избежать, используя мгновенно затвердевающий клей-расплав на полностью автоматизированных производственных линиях. В полуавтоматических операциях с использованием холодного клея время высыхания создает естественный цикл обработки партии. Оператор формирует партию мешков, помещает их на сушильную стойку, а затем запускает следующую партию, пока сохнет первая партия. время цикла партии-обычно 10–20 минут, включая формование,

Планирование производительности и мощности

Производительность полуавтоматических переработчиков бумажных пакетов больше зависит от того, насколько быстро оператор обрабатывает материал, чем от того, насколько быстро машина его обрабатывает. Каждая станция работает быстро (1–2 секунды за цикл для фальцевальной машины, 2–3 секунды для резиновых колес). Однако ручная смена каналов и процесс формирования дна ограничивают фактическое производство.

Типичная производительность полуавтоматических систем:

Эти показатели значительно ниже, чем у полностью автоматизированных линий, производящих 200–400 мешков в минуту (от 12 000 до 24 000 мешков в час). Это в 30–60 раз больше производства. Таким образом, экономическая причина полу-автоматического режима работы заключается не в производстве. Это происходит из-за других факторов: более низких затрат на оборудование, гибкости формата, адаптируемости материалов и возможности зарабатывать деньги на небольших производственных линиях, где полностью автоматизированные производственные линии не могут покрыть затраты на установку.

Почему полу-автоматический режим имеет экономический смысл в определенных контекстах

Несколько практических причин, почему полу-автоматическое инвестирование лучше, чем полностью автоматизированное:

Мелкосерийное производство-: один переработчик производит 500 пакетов для одного клиента, 300 пакетов для другого и 200 пакетов для третьего, но это не оправдывает время наладки и стоимость замены полностью автоматизированной производственной линии. Полу-автоматическое изменение формата включает физическую регулировку биговальных штампов, приспособлений для складывания и шаблонов нижнего формования. Обученный оператор может выполнить эти изменения за 10–20 минут. Это на пять-15 минут дольше, чем у автоматических линий с серво-приводом, но не требует затрат на разработку электронной формулы.

Варианты переработанного материала. Как упоминалось выше, неравномерные свойства переработанной бумаги требуют более частой корректировки процесса, чем у обычной новой бумаги. Полу-автоматические рабочие процессы позволяют операторам регулировать нанесение клея, давление сжатия или порядок складывания дна в режиме реального времени в зависимости от характеристик материала конкретной партии. Полностью автоматизированные производственные линии обрабатывают переработанную бумагу либо за счет увеличения пределов допуска (принимая больше дефектов), либо за счет добавления сложных систем контроля и отбраковки, что увеличивает стоимость и сложность капитала.

Стоимость капитала невелика: полуавтоматические механические системы стоят от 20 до 40 процентов сопоставимых полностью автоматизированных производственных линий. Для предприятий, общественных групп по переработке отходов или стартапов-на развивающихся рынках эта разница в затратах является определяющим фактором при проверке рыночного спроса до начала полного производства. В рекомендациях ASME по инвестициям в производственное оборудование указано, что соотношение капитала и производительности для полуавтоматических систем переработки применяется, если ежедневные объемы производства составляют менее 50 000 мешков. Кроме того, полная автоматизация более экономична-[1].

Структура затрат на рабочую силу: если затраты на рабочую силу ниже, чем стоимость оборудования, цифры говорят в пользу полу-автоматических операций. Это связано с тем, что стоимость ручных операций невелика по сравнению с экономией, которую можно сэкономить, если не покупать полностью автоматизированный продукт. Это особенно важно на рынках Южной, Юго-Восточной Азии и Африки, где производство переработанных бумажных пакетов быстро растет из-за законов о запрете пластика.

Управление качеством в полу-автоматической среде

Зависимость от навыков оператора создает различия в качестве, которыми необходимо управлять посредством обучения, проверок и записей процессов, а не с помощью автоматических датчиков и систем отбраковки. К ключевым практикам управления качеством относятся:

• Стандартизированные инструкции по последовательности складывания. Распечатайте или покажите пошаговые --пошаговые инструкции по порядку формирования дна каждой сумки. Это уменьшает различия между операторами.
• Проверка на каждой площадке: операторы проверяют точность размеров, покрытие клеем и выравнивание складок перед перемещением материала на следующую площадку.
• Проверка размера партии-: измеряйте образцы из каждой партии готовых мешков на предмет соответствия предельным размерам, указанным в стандартах размеров TAPPI T411 [2].
• Тестирование клеевого соединения: прочность клеевого слоя и нижнего уплотнения регулярно проверяется на соответствие минимальным требованиям. Это особенно важно при переключении между партиями переработанной бумаги с разными характеристиками поверхности.
• Обучение и сертификация операторов: установление минимального уровня квалификации операторов. Это два шага, на которые больше всего влияют человеческие различия.

PPEC предоставляет рекомендации по системам обеспечения качества для мелкосерийного-производства бумажной упаковки. Они подчеркивают, что при полу-автоматических операциях обучение операторов и внутри-проверки системы могут снизить уровень дефектов ниже 2%. Этот уровень аналогичен уровню полностью автоматизированной производственной линии, полностью полагающейся на пост-оптический контроль [4].

Путь обновления: от полу-автоматического к полностью автоматическому

Многие компании начинают с полу-автоматических устройств и постепенно переходят к полной автоматизации по мере роста объемов заказов. Путь к эскалации непрост. Обычно это происходит через следующие небольшие шаги:

1. Добавьте моторизованную размотку и подачу полотна: вначале используйте время непрерывной подачи рулона вместо ручной подачи.
2. Увеличивает возможность сгибания и складывания на линии: этап биговки исключает использование станции ручного бигования и уменьшает неравномерность складок.
3. Добавьте автоматическое нанесение клея: используйте прецизионную систему сопел вместо ручного клея или клея валиком, уменьшите количество клея, увеличьте скорость нанесения клея.
4. Добавить автоматический нижний молдинг: это самый дорогой шаг обновления. Формирование нижней плиты — это самый сложный этап полу-автоматического производства и основное ограничение полу-автоматического производства.
5. Повышенная автоматизация укладки и подсчета: этап механизированного производства завершает переход к полной автоматизации.

Каждое небольшое обновление снижает нагрузку на оператора и увеличивает производительность. При этом сохраняется возможность продолжать полу-автоматическую работу для небольших партий или специальных форматов, не требующих уплаты полностью автоматизированной комиссии.

Согласование экологических и нормативных требований

Полу-автоматическая машина для изготовления пакетов из переработанной бумаги — это машина, которая производит бумажные пакеты из пакетов из переработанной бумаги, используемых потребителями. Соответствует ряду правил и систем сертификации:

• Заявления о содержимом из переработанных материалов согласно стандарту ISO 14021: пакеты, содержащие сертифицированное волокно, переработанное после-потребителем, могут быть помечены самозаявленной экологической этикеткой,-с указанием процентного содержания переработанного содержимого. Это разрешено при условии, что заявление соответствует правилам проверки ISO [3].
• Компостируемость согласно EN 13432: пакеты из переработанной крафт-бумаги соответствуют европейским стандартам упаковки. Однако любые поверхностные покрытия, чернила или клей также должны быть пригодны для компостирования.
• Соблюдайте запрет на пластик. Пакеты, изготовленные на полу-автоматических устройствах, с точки зрения соответствия требованиям аналогичны пакетам, изготовленным на полностью автоматизированных производственных линиях. В соответствии с законами о запрете на одноразовый-пластик методы производства не изменятся, разрешены ли пластиковые пакеты.
• FSC-сертифицированный сертификат переработки. Бумага, полученная из сертифицированных FSC- источников переработки, может иметь маркировку FSC Recycled. Это делает необходимым приобретение системы у сертифицированных поставщиков оптоволокна.

Полу-автономное производство особенно полезно для местных предприятий по переработке отходов. Команды собирают, сортируют и упаковывают местную макулатуру. Это экономика замкнутого цикла, которая закрывает материальный цикл внутри сообщества. Эти операции не могут позволить себе полностью автоматизированную машину. Но они могут создать экологическую и экономическую ценность, эксплуатируя полуавтоматические производственные линии с учетом местного спроса и получая от них прибыль.

Заключение

Полуавтоматическая машина для переработки бумажных пакетов работает посредством механизированных отдельных этапов формования, склеивания и резки. А оператор перемещает материал между станциями, формирует дно и проверяет качество на каждом этапе. Такое сочетание эргономики — неплохой вариант полной автоматизации. Это метод производства, подходящий для конкретных экономических условий: небольшие партии, различия в перерабатываемых материалах, ограниченные затраты на оборудование и более дешевые затраты на рабочую силу для ручных операций, чем полная автоматизация.

Сильная сторона машины – ее гибкость. Он может работать с переработанной бумагой, что может вызвать проблемы для полностью автоматизированных систем допусков. Он переключается между форматами пакетов с минимальными затратами времени и затрат. А скорость, с которой оно производится, позволяет заработать на меньших объемах заказов, чем при полной автоматизации. Его слабость заключается в том, что производительность-скорость работы оператора определяет предел производства, а навыки оператора определяют уровень качества.

Понимание этого баланса важно для всех, кто планирует инвестировать в производственное оборудование, выбирать машины для использования на развивающихся рынках или планировать путь роста от небольшого полу-автоматического производства к крупному, полностью автоматизированному. Полу-автоматические пути разумны, когда полная стоимость автоматизации еще не соответствует реалиям рынка. А ситуация с переработкой бумаги усложняет, а не облегчает эту задачу. Это связано с тем, что разнообразие материалов требует гибкости, которую обеспечивает ручной труд.

Ссылки

[1] Американское общество инженеров-механиков (ASME).Стандарты классификации производственного оборудования: определения уровня автоматизации для упаковочного оборудования; Инвестиции в -/-выходную продукцию для полу-автоматических и полностью автоматических систем. Структура инженерной классификации, определяющая полу-автоматические системы по дискретной-конфигурации станций с ручной передачей материалов и анализ пороговых значений инвестиций для принятия решений на уровне автоматизации.

[2] Техническая ассоциация целлюлозно-бумажной промышленности (ТАППИ).TAPPI T494 (свойства бумаги на растяжение), TAPPI T516 (жесткость при изгибе), TAPPI T511 (измерение качества сгиба и сгиба), TAPPI T411 (допуски на размеры для формирования плоских трубок бумажных пакетов). Стандартизированные методы испытаний, документирующие различия в свойствах переработанной бумаги по сравнению с первичной крафт-бумагой, а также критерии качества размеров, применимые к полу-автоматическому производству.

[3] Международная организация по стандартизации (ISO).ISO 14021: Экологическая маркировка и декларации-Самообъявленные-экологические заявления (экологическая маркировка типа II). Стандарт для проверки переработанного-содержимого, классификации переработанного содержимого до-потребителя и после-потребителя, а также требования к минимальному процентному содержанию переработанного-содержания для экологических заявлений на бумажной упаковке.

[4] Экологический совет по упаковке бумаги и картона (PPEC).Системы обеспечения качества для мелкомасштабного-производства бумажной упаковки; Сравнительный анализ характеристик подложки из переработанной бумаги и прочности клеевого соединения. Руководство по стандартам обучения операторов, протоколы-проверки процесса и данные о характеристиках клеевого соединения с переработанной подложкой для операций по переработке с использованием переработанной крафт-бумаги.

Отказ от ответственности: эта статья предназначена для образовательных и технических справочных целей. Выбор оборудования, планирование производства и решения по управлению качеством должны быть проверены квалифицированными промышленными и коммерческими специалистами с учетом конкретных условий-места, местной экономики труда и применимых нормативных требований.