Comment évaluer les potentiels d'OEE d'une installation moderne de mélange de poudres avec nettoyage automatisé ?
L'évaluation des potentiels d'OEE devrait reposer sur des données réelles de charge, de temps, de qualité et de nettoyage. OEE signifie Overall Equipment Effectiveness, c'est-à-dire le rendement global des équipements, et résulte de la disponibilité, de la performance et de la qualité :
OEE = Disponibilité × Performance × Qualité
Pour les installations de mélange de poudres, l'alimentation, le dosage, le mélange, la vidange, le nettoyage, le changement de produit, l'échantillonnage et la libération doivent être pris en compte. Il convient de définir clairement au préalable si le nettoyage planifié fait partie du temps de production planifié. Sinon, les valeurs d'OEE ne sont pas comparables entre installations, produits ou sites.
Établir les données de base
Une période de référence suffisamment longue avec un mix de produits représentatif sert de base, par exemple plusieurs semaines ou des campagnes complètes. Les heures de début et de fin de l'alimentation, du dosage, du mélange, de la vidange, du nettoyage, du changement de série et des changements de produit devraient être saisies. S'y ajoutent les arrêts non planifiés, les temps d'attente de matière ou de libérations, les incidents, les remélanges, les rebuts, les reprises et la quantité de charge réellement atteinte.
La disponibilité décrit la part du temps de production défini pendant laquelle l'installation est réellement opérationnelle. La performance compare le temps de charge ou le temps de cycle réel à un temps théorique spécifique au produit et à la recette. La qualité évalue la part des charges ou quantités de produit libérables sans reprise. Tout écart de qualité ne devrait pas être compté de façon générale comme une perte d'OEE ; l'attribution des remélanges, des rebuts, des pertes de rendement et des temps d'attente doit se faire de façon durablement uniforme.
Une durée de saisie fixe de quatre à huit semaines n'est pas généralement suffisante. En cas de changements de produit rares, de recettes saisonnières ou d'incidents peu fréquents, une période plus longue peut être nécessaire. Plus important qu'une période calendaire est le fait que les données reflètent l'exploitation réelle.
Évaluer le nettoyage
Le nettoyage automatisé peut améliorer la disponibilité s'il réduit le démontage, les activités manuelles et la dispersion du procédé. Le Cleaning in Place, en abrégé CIP, désigne le nettoyage à l'état monté sans démontage important. Le Wet in Place, en abrégé WIP, désigne un nettoyage humide à l'état monté. Le gain de temps réalisable dépend de l'installation, du produit et de l'encrassement ; des indications générales telles que 30 à 90 minutes pour le CIP ou plusieurs heures pour le nettoyage manuel ne sont donc pas fiables.
L'évaluation devrait couvrir l'intégralité du temps de changement : vidange, sécurisation de l'installation, préparation, nettoyage, rinçage, séchage, inspection, le cas échéant échantillonnage ainsi que libération. C'est seulement à partir de là qu'on obtient le temps de production réellement perdu. Des activités se déroulant en parallèle, par exemple la pré-pesée de la charge suivante, peuvent réduire le temps de changement net, à condition que le personnel, la mise à disposition des matières et les procédures de sécurité le permettent.
Une instrumentation de nettoyage telle que la conductivité, le débit, la pression, la température ou la turbidité du retour peut surveiller le déroulement. Elle ne constitue toutefois pas une preuve automatique que toutes les surfaces en contact avec le produit sont propres. Un test à la riboflavine évalue par exemple le mouillage et les éventuelles zones d'ombre de pulvérisation d'un procédé de nettoyage ; il ne remplace pas une validation du nettoyage propre au produit. La FDA attend des procédures de nettoyage écrites ainsi qu'une évaluation documentée de leur efficacité.
Un nettoyage basé sur l'état peut être judicieux lorsque l'encrassement et le besoin de nettoyage peuvent être évalués à l'aide de données appropriées et fiables. Dans de nombreuses applications réglementées, des programmes de nettoyage fixes et validés restent nécessaires. Un raccourcissement ou une omission de cycles de nettoyage ne peut avoir lieu que s'il est justifié par une analyse de risque, des données et, le cas échéant, une validation.
Améliorer la performance et la qualité
Les potentiels de performance résident souvent dans le temps de mélange, le dosage, l'alimentation, la vidange et le transfert de matière. Les temps théoriques ne devraient pas être définis comme des valeurs machine générales, mais s'appliquer au produit, à la taille de charge, à la recette et à la fenêtre de procédé autorisée. Un raccourcissement du temps de mélange n'est judicieux que si l'homogénéité requise et la qualité du produit restent atteintes de façon fiable.
Une analytique en ligne peut aider, pour des produits appropriés, à évaluer plus rapidement la progression du mélange, par exemple par mesure spectroscopique en ligne de l'humidité. Les courbes de couple ou de courant fournissent des indications sur le comportement du produit, mais ne constituent pas une preuve générale d'homogénéité. Leur aptitude comme critère de fin de mélange doit être démontrée pour la recette, la position du capteur et l'objectif de procédé.
D'autres leviers de performance sont les interruptions courtes, les problèmes de dosage, la formation de voûtes, l'évacuation lente, les quantités résiduelles, les perturbations de transport et les temps d'attente. Une analyse de Pareto classe les causes de perte selon leur contribution au temps perdu et concentre les mesures d'amélioration sur les causes principales. Le Condition Monitoring, en français la surveillance de l'état, peut aider à détecter précocement des changements au niveau de l'entraînement, des paliers, des joints ou des organes d'évacuation. Il nécessite des grandeurs de mesure appropriées et des réactions clairement définies ; l'instrumentation seule ne prévient pas un incident.
La composante qualité comprend avant tout les charges non libérables, les rebuts, les reprises et, le cas échéant, les remélanges. Sont pertinents la qualité de mélange, l'humidité, la répartition granulométrique, le rendement, les adhérences de produit ainsi que le risque de ségrégation lors de l'évacuation et du transport. La stratégie de vidange, les hauteurs de chute, la technique de transport et la géométrie des contenants devraient donc faire partie de l'évaluation. La technologie analytique de procédé, en abrégé PAT, désigne l'utilisation d'une technique de mesure et d'analyse appropriée pour la surveillance et le pilotage des procédés de fabrication. Elle peut rendre les écarts de qualité visibles plus tôt, mais doit être qualifiée ou validée pour son objectif concret.
Calculer le potentiel
En pratique, l'ordre suivant est recommandé : les temps de perte et les pertes de qualité sont d'abord saisis dans une structure d'événements cohérente. Les plus grandes sources de perte sont ensuite priorisées par une analyse de Pareto. Seuls des scénarios réalistement réalisables sont ensuite calculés, par exemple un temps de nettoyage démontrablement plus court, une part de remélange réduite ou une vidange plus rapide.
Le bénéfice économique ne résulte pas uniquement d'une valeur d'OEE plus élevée, mais d'une capacité de production supplémentaire utilisable, d'une reprise évitée, d'un rebut réduit, d'un moindre usage de produits de nettoyage et d'éventuels effets sur l'investissement ou le personnel. Une heure-machine libre n'a une valeur économique que si elle est effectivement utilisée pour une production supplémentaire ou qu'elle élimine un goulot d'étranglement de capacité.
Des benchmarks généraux tels que 65 à 85 % d'OEE sont peu significatifs pour les procédés de poudres par charges. Les exigences de nettoyage, la durée des campagnes, l'éventail de produits, le confinement, les libérations qualité et la définition retenue du temps de production planifié influencent fortement la valeur. Sont surtout comparables les installations ayant le même modèle de temps et un portefeuille de produits similaire.
Évaluer et exploiter les potentiels d'OEE avec amixon®
amixon® n'évalue pas les potentiels d'OEE à l'aide de valeurs de référence générales, mais sur la base du produit concret, de la taille de charge prévue et de l'ensemble de la chaîne de procédé. En halle d'essais, le temps de mélange, la vidange, l'effort de nettoyage, le changement de produit et, le cas échéant, le dosage sont examinés avec le produit d'origine. Des temps théoriques réalistes ainsi qu'une comparaison fiable avec l'installation existante peuvent en être déduits. À Paderborn, environ 35 installations d'essai sont disponibles à cet effet ; des halles d'essais complémentaires se trouvent aux États-Unis et dans plusieurs pays d'Asie.
La disponibilité peut être soutenue par la construction de l'installation de mélange. Sur de nombreux mélangeurs amixon®, le dispositif de mélange est monté exclusivement au-dessus de la chambre de mélange. Un passage d'arbre inférieur, point d'étanchéité supplémentaire en contact avec le produit, est ainsi supprimé. Des vitesses de rotation basses et un nombre réduit de composants sujets à l'usure peuvent diminuer l'effort de maintenance. En complément, amixon® soutient les exploitants par des inspections, la maintenance, la modernisation, l'approvisionnement en pièces de rechange et, sur demande, des concepts de maintenance basés sur l'état. La disponibilité réellement atteignable dépend en outre du produit, du mode d'exploitation, du nettoyage, de la stratégie de maintenance, de la gestion des pièces de rechange et de la conduite.
Pour le volet performance de l'OEE, le temps de mélange, la vidange et le changement de produit sont particulièrement importants. Le mélangeur vertical type HM génère des flux de mélange superposés et peut ainsi soutenir un brassage intensif tout en ménageant le produit. Pour le mélangeur KoneSlid® type KS, amixon® indique, pour des applications appropriées, une qualité de mélange idéale après environ 20 à 30 tours ainsi que des temps de vidange courts. Ces valeurs doivent être comprises comme une orientation liée au produit et à l'application, et doivent être confirmées pour la recette concrète.
La technologie ComDisc® peut acheminer les résidus de produit vers l'évacuation et ainsi améliorer le rendement, le changement de produit et l'effort de nettoyage. Une vidange résiduelle élevée réduit la quantité de produit qui reste dans le mélangeur et doit ensuite être nettoyée ou éliminée. La performance de vidange réalisable dépend de l'adhérence du produit, de l'humidité, de la taille des particules, de la densité apparente et de l'exécution de l'appareil. Elle est donc évaluée de façon pertinente dans le cadre des essais avec le produit d'origine.
Pour le nettoyage humide automatisé, amixon® propose entre autres le système WaterDragon®. La lance de lavage entre automatiquement dans la chambre de mélange, nettoie à l'eau sous une pression relativement basse et peut être combinée à un séchage automatisé. Une bonne vidange résiduelle avant le début du nettoyage peut réduire la consommation d'eau et l'effort de nettoyage. La durée et l'efficacité réelles du nettoyage dépendent toutefois du produit, de l'encrassement, de la géométrie, de la disposition des buses, du débit, de la température, de la chimie de nettoyage et du séchage. Un nettoyage humide automatisé n'est pas automatiquement un nettoyage validé ; l'efficacité doit être démontrée pour le procédé prévu.
Pour le mélangeur conteneur type COM, la pesée, le mélange, le nettoyage, le stockage intermédiaire et le remplissage peuvent être découplés sur le plan organisationnel. Cela peut améliorer l'exploitation de la station de mélange en cas de changements de produit fréquents, à condition que suffisamment de Mixtainer®, de capacité de nettoyage et de transport ainsi que des processus de libération adaptés soient disponibles. Le temps de nettoyage ne bloque donc pas nécessairement la performance globale du système dans la même mesure que pour une station de mélange fixe unique.
La composante qualité de l'OEE peut être soutenue par une conduite reproductible des recettes, une conception adaptée du mélangeur, une aptitude à la vidange élevée et des changements de produit contrôlés. Les programmes de mélange peuvent être enregistrés dans un automate programmable industriel, en abrégé API, et exécutés par charge. Une identification des matières par code-barres ainsi que des interfaces spécifiques au projet vers des systèmes de planification des ressources d'entreprise, en abrégé systèmes ERP, ou des systèmes d'exécution de la fabrication, en abrégé MES, peuvent relier la recette, la charge et les paramètres de procédé. Pour que ces données puissent être utilisées pour la traçabilité, les analyses de causes et les évaluations OEE, le modèle de données, les horodatages, les droits d'utilisateur, l'intégrité des données et les catégories d'arrêt doivent être clairement réglés dans le système global.
Pour les applications réglementées, amixon® peut fournir une documentation pertinente pour la qualification et soutenir la Design Qualification, l'Installation Qualification et l'Operational Qualification, en abrégé DQ, IQ et OQ. L'exécution technique peut être orientée vers des exigences spécifiques au projet telles que les BPF de l'UE, le FDA 21 CFR Part 11, EHEDG, les normes 3-A Sanitary, ATEX ou ASME. La responsabilité de la validation du procédé et du nettoyage ainsi que de la validation des systèmes électroniques incombe à l'exploitant.
Selon ses propres indications, amixon® développe et fabrique de façon centralisée à Paderborn. La forte profondeur de fabrication, la documentation pertinente pour la qualification, les essais en halle d'essais et l'approvisionnement à long terme en pièces de rechange soutiennent une approche du cycle de vie dans laquelle non seulement l'acquisition, mais aussi les temps de nettoyage, les pertes de produit, la maintenance et l'adaptabilité entrent dans l'évaluation de l'OEE.