Onko täysautomaattinen putkentäyttökone sopiva lyhyille tuotantosarjoille?

Kuinka täysautomaattiset putkentäyttökoneet toimivat ja niiden keskeiset edut

Täysautomaattisen putkentäyttö- ja tiivistyskoneen määritelmä ja keskeiset toiminnot

Täysautomaattinen putkentäyttökone yhdistää putkien syöttämisen, tarkan tilavuusperusteisen täytön ja tiiviin sulkeutumisen yhdeksi PLC-ohjatun järjestelmän osaksi. Nämä koneet käsittelevät viskositeetteja ohuiden serumien alueelta paksuihin voiteisiin (0,5–500 000 cP) samalla kun ne säilyttävät ±0,5 %:n annostelutarkkuuden – mikä on olennaisen tärkeää lääketeollisuudelle ja korkealaatuisille kosmetiikkatuotteille.

Avaintoiminnallisuudet: PLC-ohjaus, kosketusnäyttöliittymä ja reseptinhallinta

Nykyaikaiset järjestelmät perustuvat kolmeen keskeiseen automaatioteknologiaan:

• PLC-ohjattu liikeohjaus takaa tasaiset täyttömäärät yli 10 000 syklin ajan vähäisellä hajonnalla
• 15-tuumaiset kosketusnäytöt (HMI) mahdollistavat yhden napin painalluksella säädettävät arvot putkien halkaisijoille (10–50 mm) ja täyttömäärille (5–500 ml)
• yli 500 reseptin tallennuskapasiteetti vähentää tuotemuutosajan 83 % verrattuna manuaalisiin asetuksiin

Puoliautomaattiset ja täysautomaattiset putkitäyttölaitteet: automaation taso ja tehokkuusvertailu

Puoliautomaattisissa koneissa työntekijöiden on edelleen käsiteltävä putkien lataus ja säädettävä erilaisia asetuksia itse, mikä vähentää laitteiston todellista käyttöaikaa ja vaikuttaa tuotteen johdonmukaisuuteen erien välillä. Täysin automatisoidut versiot kertovat toisen tarinan: ne saavuttavat noin 97 prosentin käytettävyyden ansiosta kehittyneistä suljettujen silmukoiden antureista sekä sisäänrakennetuista diagnostiikkajärjestelmistä, jotka havaitsevat ongelmat ennen kuin ne ehtivät paisua. PMMI:n vuoden 2023 raportti osoitti melko vaikuttavaa tulosta täydestä automaatiosta: työvoitulut laskivat lähes kolme neljäsosaa verrattuna vanhempiin puoliautomaattisiin järjestelmiin, samalla kun tuotteiden johdonmukaisuus pysyi noin puolitoistakertaisesti parempana kuin aiemmin. Kun näitä automatisoituja järjestelmiä käytetään viikkojen ajan tauotta, ne tuottavat tuskin lainkaan hukkaa – joskus alle yhden prosentin koko kuukauden tuotannon aikana, eivätkä missään vaiheessa häiriinty.

Täysautomaattisten järjestelmien haasteet lyhyen tuotantosarjan ympäristöissä

Suuri alkuinvestointi verrattuna käyttöasteeseen pienillä tuotantomäärillä

Teollisuuden automaatiojärjestelmät maksavat yleensä noin 740 000 dollaria Ponemonin vuoden 2023 raportin mukaan, joten investoinnin tuotto riippuu paljolti niiden käytöstä. Erityisesti täysautomaattisille putkittäjille tarvitaan yleensä vähintään 65–80 prosentin kapasiteettikäyttöaste, ennen kuin investointi alkaa kannattaa. Tämä muodostuu merkittäväksi esteeksi yrityksille, jotka tuottavat alle 50 000 yksikköä kuukaudessa. Teollisuustilastoja tarkasteltaessa noin 58 prosenttia valmistajista ajaa automatisoituja pakkausrivejään alle 40 prosentin kapasiteetilla, kun on kyse pienistä eräkoista, jotka ovat alle 10 000 yksikköä. Tämä aiheuttaa selvästi ongelmia taloudelliselle suorituskyvylle, koska näitä koneita ei käytetä tarpeeksi tehokkaasti kattamaan niiden kustannuksia.

Vaihtoaika ja joustavuusrajoitukset useissa tuotevaihdoissa

Automaattijärjestelmät vaativat usein 45–90 minuuttia tuotemuutoksille servohydrauliikan ja korkkien asennuspäiden uudelleenkalibroinnin vuoksi, kun taas manuaaliset koneet tarvitsevat 15–20 minuuttia. Tämä muodostuu pullonkaulaksi kosmetiikkateollisuuden sopimuspakkaajille, jotka käsittelevät yli 10 SKU:a päivässä – tilanne, joka koskee 73 %:a tällaisista laitoksista, kuten Automation Integration Report 2023 kertoo.

Toiminnallisen keskeytysajan riskit pienten erien asennuksen monimutkaisuudesta johtuen

Tarkka linjaus putken asennon ja täyttölaitteiston välillä lisää virhealttiutta usein vaihdettaessa tuotantoa. Laitokset, jotka valmistavat eriä, joiden koko on alle 5 000 yksikköä, kohtaavat 23 % enemmän suunnittelematonta seisokia kuin suurten sarjojen tuotannot (PMMI 2023), pääasiassa anturien väärän linjauksen ja kalibrointiongelmien vuoksi materiaaleja vaihdettaessa.

Täysautomaattisten koneiden optimointistrategioita pienille tai vaihteleville erille

Muutosajan vähentäminen nopeilla säätömekanismeilla ja standardoidulla työkalustolla

Uudemmat täysautomaattiset koneet vähentävät vaihtoaikoja 30–50 % työkaluttomilla säätöjärjestelmillä. Itsekeskittyvät putkipyöröt ja nopeavaihtoiset kiinnikkeet mahdollistavat halkaisijan vaihtamisen alle 10 minuutissa, kun taas standardoidut korkinlaitteet toimivat useiden eri astioiden kanssa. Nämä ominaisuudet vähentävät mekaanista uudelleenmääritystyötä 65 % verrattuna vanhempiin malleihin (Packaging Digest 2023).

Reseptimuistin ja ohjelmoitavien asetusten hyödyntäminen nopeisiin tuotesiirtymiin

Integroidut PLC-järjestelmät tallentavat yli 200 parametriryhmää – mukaan lukien viskositeettikorjaukset ja vääntömomenttirajat – mikä mahdollistaa yhden napin painalluksella palauttamisen eri tuotteille. Kuuden kuukauden pilottikokeessa eurooppalaisen sopimustuottajan kanssa tämä poisti tarpeen manuaaliselle uudelleenkalibroinnille 89 %:ssa kosmetiikka- ja farmosovellusten yleisimmistä materiaalisiirtymistä.

Huolto ja käyttäjäkoulutus luotettavaan suorituskykyyn monipuolisten tuotantoympäristöjen vaatimissa olosuhteissa

Kattavat koulutusohjelmat, jotka yhdistävät simulointityökalut ja käytännön harjoittelun, vähentävät virheiden määrää 42 % matalan tuotantovolyymin ja suuren tuotemäärän ympäristöissä. Kun nämä käytännöt yhdistetään ennakoivaan huoltoon, joka on linjassa automaation ROI-optimaalisten periaatteiden kanssa, ne auttavat ylläpitämään yli 95 %:n laitteiston saatavuutta – myös silloin, kun vaihdetaan viikottain 15+ tuotemuotoa.

Täysautomaattisten putkientäyttölaitteiden skaalautuvuus ja pitkän aikavälin joustavuus

Modulaarinen rakenne ja tuleva laajennusmahdollisuus kasvaviin tuotontarpeisiin

Modulaariset täysautomaattiset putkientäyttölaitteet mahdollistavat asteittaisen skaalauksen ilman koko järjestelmän vaihtamista. Vaihdettavat täyttöpäät, korkkausasemat ja tunnisteiden liittämisen moduulit mahdollistavat kapasiteetin kasvattamisen 30–50 % lisäosilla. Tämä lähestymistapa vähentää tulevia pääomakustannuksia 22–35 % verrattuna kiinteästi konfiguroituihin järjestelmiin, kuten modulaariset nesteen täyttöratkaisut ovat osoittaneet kehittyvissä tuotantoympäristöissä.

Nopeuden ja sopeutuvuuden tasapainottaminen: Tukeeko täysi automaatio kevyttä valmistusta?

Vanhat automaattijärjestelmät oli rakennettu maksiminopeutta varten, ja ne käsittelivät tyypillisesti noin 1 200–2 000 putkea tunnissa. Mutta uudempien laitteiden mukana tulee älykkäitä sopeutuvia ohjauksia, jotka toimivat paremmin pienien erien kanssa. Nämä koneet sisältävät nyt reaaliaikaisia viskositeettiantureita sekä pumppuja, jotka automaattisesti kalibroivat itsensä uudelleen. Tuloksena täyttötarkkuus pysyy puolen prosentin tarkkuudella, jopa kun siirrytään esimerkiksi 10 ml:n serumeista aina 100 ml:n liimojen käsittelyyn asti. Tällainen joustavuus merkitsee suurta eroa. Laitokset, jotka tuottavat monia erilaisia tuotteita, näkevät noin 18 %:n vähennyksen hukka-aineissa verrattuna vanhoihin jäykkiin automaatiojärjestelmiin, joilla ei ollut yhtä hyvää sopeutumiskykyä.

Toimialan tieto: 68 % keskikokoisista lääketeollisuuden pakkauksesta vastaajista asettaa skaalautuvuuden nopeuden edelle: (PMMI 2023)

Vuosina 2023 tehdyn PMMI-tutkimuksen mukaan noin 70 prosenttia keskikokoisista lääkepakkauksien valmistajista arvostaa enemmän mahdollisuutta päivittää laitteistonsa kuin maksimaalista tuotantonopeutta. Tämä on järkevää, kun tarkastelemme markkinoilla tällä hetkellä tapahtuvaa. Noin 84 prosenttia sopimuspackerien tilaajista käsittelee tällä hetkellä kuukausittain alle 5 000 yksikköä. Tässä kohtaa modulaariset putkittimet tulevat kyseeseen. Näillä koneilla toimilaitokset voivat aloittaa toiminnan vain neljällä radalla ja kasvattaa sitä tarpeen mukaan kahdeksaan rataan liiketoiminnan kasvaessa ajan myötä. Mahdollisuus sopeutua ilman, että laitteisto on vaihdettava kokonaan, auttaa useimpia valmistajia ylläpitämään hyvää tuottoprosenttia pitkällä tähtäimellä.

Käytännön soveltuvuus: Esimerkkitapaus kosmetiikkateollisuuden valmistajasta, joka käyttää automaatiota erissä, jotka ovat alle 5 000 yksikköä

Suorituskyky eri viskositeeteissa, putkikoot ja materiaalit ilman merkittävää uudelleenvarustelua

Yksi keskikokoinen kosmetiikkavalmistaja onnistui tuottamaan vuosittain 187 erilaista erää 23:n erilaisen kaavan pohjalta ainoalla täysautomaattisella putkentäyttökoneella. Tämä laitteisto saavutti johdonmukaisesti täyttötarkkuuden ±0,5 %:n sisällä ja toimi yhtä hyvin alumiini-, laminoitujen ja muoviputkien kanssa, joiden tilavuus vaihteli 15–100 millilitrasta. Erityisen vaikuttavaa on se, miten laite käsittelee tuotteita, joiden viskositeetit vaihtelevat huomattavasti – ohuista 0,8 sentipoise-sieroista paksuihin 450 000 sentipoise-hoitovoiteisiin. Salaisuus piilee edistyneissä suihkunpään suunnitteluratkaisuissa yhdessä paineella ohjattujen täyttöpäiden kanssa, mikä tekee tuotteiden välisestä vaihdosta lähes vaivattoman. Käyttäjät voivat säätää asetuksia kosketusnäytön kautta alle kolmessa minuutissa vaihdetta kohti, mikä tarkoittaa, ettei erien välillä tarvitse enää turvautua aikaa vieviin fyysisiin uudelleenvarustuksiin.

Tuottoasteen (ROI) ja toiminnallisen joustavuuden arviointi monipuolisessa, pienpanostuotannossa

Kun he asensivat ohjelmoitavat CIP-järjestelmät yhdessä modulaaristen tiivistyspäiden kanssa, tehdas näki merkittäviä parannuksia. Tyypin vaihtoajat laskivat dramaattisesti 45 minuutista vain 12 minuuttiin. Vaikka eräkoot olivat noin 4 200 yksikköä kerrallaan, koneet olivat käytössä noin 92 % ajasta. Loppujen lopuksi pelkästään työvoimakustannuksissa säästettiin noin 18 700 dollaria kuukaudessa, ja investoinnin takaisinmaksuaika oli hieman yli vuosi, koska pienemmät erät edistyivät 35 % nopeammin kuin aiemmin. Nyt suurin osa kiireellisistä tilauksista toimitetaan kolmen päivän kuluessa eikä se vaikuta lainkaan tavalliseen tuotantotahtiin. Tämä osoittaa konkreettisia tuloksia siitä, mitä tapahtuu, kun yritykset sijoittavat älykkäisiin automaatio-ratkaisuihin vastaamaan nykypäivän nopeasti muuttuvien markkinoiden vaatimuksiin.