Jakie typowe usprawnienia OEE są osiągalne dzięki krótszym czasom mieszania i szybszemu czyszczeniu?
OEE oznacza Overall Equipment Effectiveness, po polsku całkowitą efektywność wyposażenia. Wskaźnik ten opisuje, jaka część zaplanowanego czasu produkcji jest rzeczywiście wykorzystywana do wytwarzania produktów zgodnych ze specyfikacją przy założonej wydajności. Wynika on z iloczynu dostępności × wydajności × jakości.
Krótsze czasy mieszania i szybsze czyszczenie mogą wyraźnie poprawić OEE, jeśli mieszanie, opróżnianie, czyszczenie lub zmiana produktu stanowią istotne wąskie gardła linii. Rzeczywista poprawa musi jednak zostać wyprowadzona z indywidualnego pomiaru czasu i analizy strat; ogólne obietnice procentowe bez danych wyjściowych nie są wiarygodne.
Poprawa dostępności
Krótsze czasy mieszania, opróżniania, czyszczenia i przezbrajania zmniejszają udział zaplanowanych przestojów między dwoma wsadami lub zmianami produktu. Dzięki temu zwiększa się dostępny czas produkcji w ramach zmiany, tygodnia lub kampanii. W ujęciu OEE jako straty dostępności rejestrowane są między innymi przezbrajanie, czyszczenie, wymiana narzędzi, planowana konserwacja i kontrole jakości, o ile instalacja w tym czasie miała zgodnie z planem produkować.
Dźwignia jest szczególnie duża przy produkcji typu high-mix-low-volume, przy częstych zmianach alergenów, barw lub aromatów oraz przy recepturach wymagających czyszczenia na mokro. Jeśli na przykład linia mieszająco-napełniająca wykonuje dziesięć zmian produktu dziennie, a każdy zwalidowany cykl czyszczenia zostanie skrócony o 15 minut, powstaje dodatkowe 150 minut czasu. Czas ten może zostać wykorzystany na produkcję, konserwację lub bardziej realistyczne planowanie zmian.
Także dobrze dostępny Hygienic Design o niskiej liczbie stref martwych może poprawić czynnik dostępności. Ułatwia on kontrolę wzrokową, czyszczenie na sucho, czyszczenie na mokro i suszenie. Mniej narostów oraz daleko idące opróżnianie resztkowe zmniejszają ponadto ryzyko nieplanowanego doczyszczania, opóźnionych zwolnień lub powtórzeń zmiany produktu. Efekt powinien być mierzony na podstawie rzeczywistych czasów opróżniania, czyszczenia, kontroli, suszenia i zwolnienia wsadu.
Zwiększenie wydajności
Wskaźnik wydajności opisuje, jak blisko technicznie założonej prędkości pracuje instalacja podczas swojego czasu pracy. Jeśli zwalidowany, netto czas mieszania ulega skróceniu przy niezmienionej wielkości wsadu i niezmienionej jakości, liczba wsadów na zmianę może wzrosnąć. Zwiększa to przepustowość, o ile zasypywanie, opróżnianie, napełnianie, pakowanie i procesy następcze również są w stanie sprostać temu taktowi.
Decydujący jest przy tym cały czas wsadu, a nie tylko czas pracy obracającego się narzędzia mieszającego. Obejmuje on zasypywanie, ważenie, mieszanie, ewentualne dodawanie cieczy, temperowanie, opróżnianie, pobieranie próbek, czyszczenie, suszenie oraz przygotowanie kolejnego wsadu. Skrócenie czasu mieszania z dziesięciu do pięciu minut przynosi na przykład oczekiwany efekt wydajnościowy tylko wtedy, gdy mieszalnik nie czeka następnie dziesięciu minut na stację napełniania, kontener, zwolnienie laboratoryjne lub czyszczenie.
Krótsze i bardziej powtarzalne cykle mogą dodatkowo poprawić synchronizację z instalacjami napełniania i pakowania w dalszej części linii. Linia pracuje wtedy stabilniej, a mniejsze zatrzymania, czasy oczekiwania lub bufory pośrednie można ograniczyć. Dla wiarygodnej oceny należy zatem porównać rzeczywisty czas cyklu, liczbę wsadów na zmianę, czasy oczekiwania oraz zdolność wszystkich agregatów stanowiących wąskie gardło przed i po wdrożeniu działania.
Zabezpieczenie jakości
Szybsze czyszczenie nie może odbywać się kosztem skuteczności czyszczenia. Jeśli zoptymalizowana procedura czyszczenia jest zwalidowana, może ona zmniejszać zanieczyszczenia krzyżowe, przenoszenie alergenów, przenoszenie barwy i aromatu, wilgotność resztkową oraz przeróbki związane z jakością. Poprawia to komponent jakości w OEE, który opisuje udział produktów bez wad w całkowitej produkcji. Braki, przeróbki i odrzucone wsady bezpośrednio zmniejszają ten wskaźnik.
Także skrócony czas mieszania może poprawić jakość, jeśli został ustalony jako wynik badania kinetyki mieszania w obrębie zwalidowanego okna procesowego. Zbyt długie mieszanie może przy niektórych produktach prowadzić do łamania cząstek, tworzenia się frakcji drobnej, ciepła tarcia, niepożądanej aglomeracji lub późniejszego rozdzielania się mieszaniny. Najkrótszy solidny czas mieszania może zatem poprawić wydajność, strukturę cząstek, jednorodność i stabilność procesu. Samo skrócenie bez walidacji może natomiast powodować wsady niezgodne ze specyfikacją i pogarszać OEE.
Prawidłowe obliczanie OEE
OEE jest zwykle obliczane w następujący sposób:
OEE = dostępność × wydajność × jakość
W uproszczeniu obowiązuje: dostępność to czas pracy podzielony przez zaplanowany czas produkcji. Wydajność opisuje rzeczywistą prędkość produkcji w stosunku do prędkości idealnej. Jakość to liczba produktów dobrych podzielona przez łączną liczbę wyprodukowanych jednostek. Wartość 100 procent oznacza, że instalacja bez przerw, z idealną prędkością, wytwarza wyłącznie produkty wolne od wad.
Ważna jest logika multiplikatywna. Jeśli na przykład dostępność poprawi się z 70 do 80 procent, wydajność z 85 do 90 procent, a jakość z 96 do 98 procent, OEE wzrasta z 0,70×0,85×0,96=57,1% do 0,80×0,90×0,98=70,6%. Odpowiada to wzrostowi o 13,5 punktu procentowego. OEE poprawia się zatem nie przez proste dodawanie poszczególnych usprawnień, lecz przez ich połączenie we wszystkich trzech czynnikach.
Ocena wdrożenia
Przed wdrożeniem działania operator powinien zarejestrować rzeczywiste straty w reprezentatywnym okresie i jednoznacznie je sklasyfikować. Sensowne jest zarejestrowanie co najmniej czasów zasypywania, mieszania, opróżniania, czyszczenia, suszenia, zmiany receptury, oczekiwania na surowce, zwolnienia laboratoryjnego, awarii, konserwacji, zmiany produktu i przerw w napełnianiu. Na tej podstawie można ustalić, czy czas mieszania lub czyszczenie rzeczywiście stanowią wąskie gardło i jaki potencjał OEE jest ekonomicznie osiągalny.
Po optymalizacji te same dane powinny zostać ponownie zarejestrowane. Dodatkowo należy obserwować sygnały jakościowe, takie jak jakość mieszania, opróżnianie resztkowe, dowód czyszczenia, analitykę alergenów, braki, przeróbki, łamanie cząstek i czas zwolnienia wsadu. Dopiero gdy wydajność czyszczenia i mieszania pozostaje wykazywalnie stabilna, zysk OEE jest trwały.
Jak amixon® poprawia OEE instalacji do mieszania proszków
OEE oznacza Overall Equipment Effectiveness, po polsku całkowitą efektywność wyposażenia. Wskaźnik ten opisuje, jaka część zaplanowanego czasu produkcji jest rzeczywiście wykorzystywana do wytwarzania produktów zgodnych ze specyfikacją przy założonej wydajności. Składa się on z dostępności, wydajności i jakości. amixon® poprawia te czynniki poprzez krótkie czasy mieszania i opróżniania, konstrukcję sprzyjającą czyszczeniu, wysoką dostępność techniczną oraz procesy sterowane w sposób powtarzalny. Konkretnie osiągalny wzrost OEE jest zawsze ustalany na podstawie rzeczywistej receptury, wielkości wsadu, częstotliwości zmian, czyszczenia, logistyki produkcji i sytuacji wąskich gardeł całej linii.
Dostępność: trwałość i planowalność
Wysoka dostępność techniczna zaczyna się od konstrukcji. Narzędzie mieszające jest w amixon® łożyskowane od góry; dolny przepust wału w komorze mieszania odpada. Dzięki temu unika się miejsc łożyskowania mających kontakt z produktem oraz potencjalnych problemów ze zużyciem lub uszczelnieniem w obszarze dna. Stosunkowo niskoobrotowy sposób pracy oraz ograniczona liczba krytycznych dla produktu części zużywających się wspierają trwałą eksploatację.
Regularne inspekcje i konserwacja zapobiegawcza pomagają przekształcać nieplanowane przestoje w planowalne okna konserwacyjne. W zależności od projektu mogą być zintegrowane koncepcje monitorowania stanu i konserwacji predykcyjnej. amixon® projektuje i produkuje aparaty w Paderborn z wysokim stopniem integracji produkcji i może wspierać długoterminowe zaopatrzenie w części zamienne i zużywające się. Wybrane części krytyczne mogą ponadto zostać przewidziane już przy pierwszej dostawie jako zapas części zamiennych w pobliżu instalacji.
Szybki i pewny wyładunek również przyczynia się do dostępności. Mieszadła śrubowe SinConvex® i SinConcave® wspierają kontrolowane, trójwymiarowe przemieszczanie produktu i wspomagają wyładunek. Elementy ComDisc® w ostatniej fazie opróżniania przemiatają dno zbiornika i kierują pozostałości produktu w stronę wylotu. Może to zmniejszyć ilość pozostałości, uprościć zmianę produktu i zapobiec niepotrzebnemu wydłużaniu czasów czyszczenia przez pozostające nagromadzenia produktu. amixon® opisuje ComDisc® jako rozwiązanie do daleko idącego, przy odpowiednich produktach ubogiego w rozdzielanie mieszaniny, opróżniania resztkowego.
Wydajność: skrócenie każdej fazy cyklu
Wydajność instalacji mieszającej pracującej okresowo jest determinowana przez cały czas wsadu: zasypywanie, mieszanie, ewentualne dodawanie cieczy lub temperowanie, opróżnianie, czyszczenie, suszenie oraz przygotowanie kolejnego wsadu. amixon® może jednocześnie optymalizować kilka z tych udziałów czasowych.
Pionowy mieszalnik dwuwałowy HM wykorzystuje dwa nakładające się strumienie produktu i przy odpowiedniej recepturze może umożliwiać krótkie czasy mieszania. Mieszalnik KoneSlid® KS wytwarza aktywne, trójwymiarowe wymuszone przemieszczanie. Cała objętość może zostać jednokrotnie przemieszczona po około czterech obrotach narzędzia; w zależności od receptury pożądana jakość mieszania może zostać osiągnięta po około 20 do 30 obrotach. Rzeczywisty czas mieszania musi być zawsze zwalidowany z oryginalnym produktem, zdefiniowanym stopniem napełnienia i wymaganym celem jednorodności.
Mieszadła śrubowe SinConvex® i SinConcave® wspierają przepływ dostosowany do produktu oraz daleko idące opróżnianie. MultiPlane® może być stosowany, gdy wrażliwe cząstki, powłoki, granulaty lub aglomeraty mają być homogenizowane w sposób szczególnie delikatny. Przemieszczanie produktu może dzięki temu być ukierunkowane na niskie obciążenie mechaniczne. Pomaga to ograniczyć łamanie cząstek, tworzenie się frakcji drobnej i niepotrzebne wprowadzanie ciepła. Jeśli aglomeraty muszą zostać celowo rozbite, rotory tnące lub HighShearBlades mogą być dołączane przez ograniczony czas, bez trwałego wysokiego obciążania całego wsadu.
DosiFlap® łączy funkcje armatury zamykającej o niskiej liczbie stref martwych i szczelnej gazowo z funkcją dozującego wyładunku. Armatura może zamykać się wbrew napływającemu strumieniowi produktu i wspiera dzięki temu kontrolowane napełnianie big bagów, IBC lub innych pojemników. W połączeniu z techniką ważenia można osiągać zdefiniowane ilości napełnienia. Może to zmniejszyć czasy oczekiwania w procesie napełniania i ustabilizować takt dalszego pakowania. amixon® opisuje DosiFlap® jako armaturę zamykającą się bez stref martwych i szczelną gazowo, którą można zamknąć wbrew strumieniowi produktu.
Czyszczenie i zmiana produktu
Przy częstych zmianach receptury, alergenów, barwy lub aromatu czas czyszczenia jest często decydującą dźwignią OEE. amixon® łączy w tym celu daleko idące opróżnianie resztkowe z dobrą dostępnością obszarów mających kontakt z produktem. Duże drzwi inspekcyjne CleverCut® z uszczelnieniami OmgaSeal® są wykonane tak, aby zamykać się blisko materiału mieszanego w sposób trwale szczelny i konstrukcyjnie o niskiej liczbie stref martwych. Ułatwia to kontrolę wzrokową, ręczne czyszczenie na sucho oraz inspekcję po czyszczeniu.
OptiClean® oznacza koncepcję higieny, która stawia w centrum dobrze dostępną, w pełni opróżnialną i sprzyjającą czyszczeniu konstrukcję instalacji mieszającej. Celem jest zmniejszenie pozostałości produktu, trudno dostępnych obszarów oraz wynikających z nich ryzyk czyszczenia. Konkretne rozwiązanie czyszczenia zależy jednak zawsze od adhezji produktu, udziału tłuszczu i cukru, ryzyka alergenowego lub związanego z substancją czynną, tolerancji na wodę, wymagań mikrobiologicznych oraz granicy czyszczenia, którą należy wykazać.
WaterDragon® uzupełnia tę koncepcję o możliwe do automatyzacji czyszczenie na mokro i suszenie. Programowalne lance z celowanym strumieniem i obrotowymi głowicami myjącymi wprowadzają wodę czyszczącą celowo do komory mieszania. Dysze oddziałują na różne kierunki, podczas gdy lanca i głowice myjące najeżdżają na przewidziane obszary. Po cyklu czyszczenia na mokro można wdmuchać dużą ilość suchego ciepłego powietrza, aby szybko wysuszyć komorę mieszania, elementy wewnętrzne, armatury wylotowe i urządzenie czyszczące. WaterDragon® może dzięki temu standaryzować procesy czyszczenia, poprawiać powtarzalność i skracać czas do zwolnienia kolejnego wsadu. amixon® opisuje WaterDragon® jako zautomatyzowany system do czyszczenia na mokro i suszenia z obrotowymi głowicami myjącymi i trójkierunkowymi dyszami.
Czyszczenie nigdy jednak nie może zostać skrócone wyłącznie ze względu na zamierzone skrócenie czasu taktu. Cykle czyszczenia, czas suszenia i kryteria zwolnienia muszą być zwalidowane dla konkretnego produktu, najbardziej niekorzystnej zmiany produktu i odnośnej granicy zanieczyszczenia. Dopiero wykazane skuteczne i powtarzalne czyszczenie tworzy trwały zysk w zakresie dostępności i jakości.
Jakość i bezpieczeństwo wsadu
Komponent jakości w OEE poprawia się, gdy zmniejszają się braki, przeróbki, wsady wadliwe i przerwy związane z jakością. Zasady mieszania amixon® są zaprojektowane pod powtarzalne, trójwymiarowe przemieszczanie produktu. Przy odpowiednim doborze mogą one osiągać technicznie idealną mieszaninę losową. Czy dotyczy to konkretnej receptury w całym zakresie stopnia napełnienia od około 10 do 100 procent objętości użytkowej, musi zostać sprawdzone z oryginalnym produktem. Przy składnikach o niskim dozowaniu, dużych różnicach gęstości nasypowej lub wielkości cząstek, kohezyjnych proszkach lub dodawaniu cieczy odpowiednie okno procesowe może się zmieniać.
Receptury oparte na sterowniku PLC zapewniają powtarzalne dotrzymywanie krytycznych parametrów procesowych. Należą do nich czas mieszania, prędkość obrotowa narzędzia, stopień napełnienia, kolejność surowców, ilości dozowania, dodawanie cieczy, temperowanie i przebieg wyładunku. Rejestracja kodami kreskowymi lub RFID oraz połączenie z systemem ERP mogą w sposób nieprzerwany powiązać recepturę, partię surowca, wartości procesowe, interwencje operatora, status czyszczenia i zwolnienie wsadu. Wspiera to identyfikowalność, zarządzanie odchyleniami oraz szybką analizę przyczyn, gdy dane jakościowe wykraczają poza specyfikację.
Wiarygodne obliczanie potencjałów OEE
Wiarygodnych potencjałów OEE nie można ryczałtowo obiecywać w punktach procentowych. Wynikają one z różnicy między rzeczywistym stanem obecnym a realnie zmierzonymi czasami procesowymi instalacji docelowej. Dlatego czas mieszania, opróżnianie, opróżnianie resztkowe, czyszczenie, suszenie, zmiana produktu oraz w razie potrzeby dalsze napełnianie powinny być badane z oryginalnym produktem.
W centrum prób amixon® czasy te i cechy jakościowe mogą zostać ustalone przy realistycznym stopniu napełnienia, recepturze i prowadzeniu procesu. Wyniki stanowią podstawę do doboru wielkości konstrukcyjnej, projektowania peryferii, planowania zdolności produkcyjnej oraz wiarygodnego porównania z istniejącą instalacją. Pełny rachunek OEE uwzględnia co najmniej zaplanowany czas produkcji, planowane i nieplanowane przestoje, rzeczywisty czas wsadu, ilość dobrą, braki, przeróbki oraz czasy czyszczenia i zwolnienia.