Industrie Technisch Management Awards 2008 door Erwin Vanvuchelen
Awards
Aroma kan niet meer weg PROJECT UNILEVER LIPTON TEA: UITBREIDING OP EEN BESTAANDE VERPAKKINGSMACHINE VOOR THEEBUILTJES
Belgische productievestigingen van internationale groepen moeten voortdurend innoveren om hun positie in de groep veilig te stellen. Unilever Lipton Tea wint de Award in de categorie ‘Best Practice in Manufacturing’ voor een project waarbij verpakkingsmachines aangepast werden om te beantwoorden aan nieuwe klanteneisen. Dat Lipton in België alles uit de kast moet halen om competitief te blijven, volgt uit het eenvoudige feit dat wij nu eenmaal geen theedrinkend volkje zijn. Bij Unilever Lipton Tea in Vorst is zowat 96 procent van de productie voor de export bestemd. Wat de thee in builtjes betreft, is er momenteel een trend om deze builtjes te verpakken in afgesloten zakjes. In het verleden werden deze zakjes gevormd door de randen mechanisch in elkaar te laten haken. Dit is echter geen hermetische afsluiting en met de toegenomen aandacht voor voedselveiligheid stijgt de interesse van klanten in volledig verlijmde theezakjes. Op zich is dat niet zo bijzonder, want de fabrikanten van machines voor het verpakken van theebuiltjes bieden standaard uitbreidingsmodules aan voor hun machines waarmee men de zakjes kan verlijmen. Voor de Lipton fabriek in Vorst was dit echter geen optie omdat er onvoldoende plaats was voor deze uitbreidingsmodules. De verpakkingsmachines staan er al zeer dicht op elkaar en het verminderen van het aantal lijnen zou de capaciteit en dus concurrentiepositie van de fabriek verlagen. Daarom werd besloten om de nodige uitbreidingen van de machines zelf te bedenken. Voor ontwerp en mechanische realisatie
werd een beroep gedaan op Createch Engineering. Actemium tekende voor de automatisering en elektrotechniek. In de uitbreiding worden de zakjes vanuit een
papierrol gevormd en verlijmd nadat het theebuiltje er is tussen geschoven. De lijm zelf is vooraf in stroken op de papierrol aangebracht. De zakjes worden vervolgens in de gewenste hoeveelheid in dozen gestopt. Waar de klassieke oplossing er in bestaat om de theebuiltjes en de papierrol parallel te laten lopen tijdens het vormen van de zakjes, werd hier een systeem ontworpen dat de theebuiltjes 90° draait en on-
RV/Unilever Lipton Tea
Unilever Lipton Tea in Vorst wint de Award in de categorie ‘Best Practice in Manufacturing’ voor een project waarbij verpakkingsmachines aangepast werden om te beantwoorden aan nieuwe klanteneisen.
middellijk tussen het papier voor het zakje schuift. Hierdoor is de machineuitbreiding slechts één meter lang, terwijl de standaard modules van fabrikanten vier meter vergen. De moeilijkheidsgraad zit in de snelheid waaraan dit gebeurt. Om 400 theebuiltjes per minuut te kunnen verpakken heeft men slechts 150 msec per zakje om het te maken. Bovendien moet de positionering op 0,25 mm nauwkeurig gebeuren, onder meer om te garanderen dat de voorgedrukte tekst en logo op elk zakje perfect uitgelijnd staan. Deze toepassing stelde dan ook bijzonder hoge eisen, zowel aan het mechanisch ontwerp als aan de automatisering. Het wieltje waarop de messen zitten, bijvoorbeeld, moet tijdens het snijden synchroon lopen maar daarna eventjes versnellen om alweer in de juiste positie te raken voor het volgende zakje. Bovendien moet de uitbreiding synchroon werken met de basismachine, die grotendeels met mechanische overbrengingen aangedreven wordt. Ook omwille van het plaatsgebrek werden de nieuwe sturingskasten voor de uitbreidingsmo-
INDUSTRIE TECHNISCH MANAGEMENT MEI 2008 ■
59
Industrie Technisch Management Awards 2008
Awards BEST PRACTICE IN MANUFACTURING: UNILEVER LIPTON TEA dules op een mezanine gebouwd. Tegelijk werden de bestaande PLC’s vervangen door nieuwe S7 PLC’s en werden de programma’s herschreven om de bijkomende functionaliteit van de uitbreiding te kunnen integreren in de sturing. ALLE BESCHIKBARE ERVARING SAMENGEBRACHT De jury waardeert in dit project niet alleen de technische realisatie, maar ook de samenwerking tussen eigen medewerkers van de fabriek, zowel ingenieurs als operatoren, en de ingenieurs en technici van de leverancier. Zo kon alle beschikbare ervaring aangewend worden om tot een optimale, performante oplossing te komen. Men is er daarbij niet alleen in geslaagd om de nodige
De moeilijkheidsgraad zit onder meer in de snelheid: om 400 theebuiltjes per minuut te kunnen verpakken, heeft men slechts 150 msec per zakje om het te maken.
functionaliteit te realiseren op de beschikbare ruimte, de eigen oplossing is bovendien ook kostenefficiënter dan de standaard oplossingen van machinefabrikanten. Het geeft de fabriek in Vorst een bijkomend voordeel in de internationale concurrentie. Ook de eindgebruiker, de theedrinker, vaart er uiteindelijk wel bij want dankzij de verlijmde zakjes zal het aroma van de thee langer bewaard blijven. ■ RV/Unilever Lipton Tea
www.industrie.be
TECHNOLOGY Machine revamping door Erwin Vanvuchelen
Vierhonderd zakjes per minuut Het opdrijven van de productiviteit en het beter beheersbaar maken van de productkwaliteit zijn twee argumenten die vaak terugkeren bij de revamping van machines. Maar minstens even vaak is het de klant die om een revamping vraagt, door nieuwe eisen te stellen aan een bepaald product. Een voorbeeld is de productie van theebuiltjes, waar de markt stilaan vraagt om afgesloten verpakkingen. De productie van theebuiltjes is in wezen een verpakkingsactiviteit. De thee wordt er in bepaalde hoeveelheden verpakt in builtjes uit filtermateriaal, die op hun beurt meestal in een papieren omslagje verpakt worden. Industrie Technisch Management bracht een bezoek aan de Lipton fabriek van Unilever in Vorst, de enige productievestiging die de multinational in ons land heeft. Er worden vier productgroepen gemaakt: zwarte thee, zwarte thee met aroma’s, infusies en infusies met aroma’s. Infusies zijn kruidenmengsels die niet van de theeplant afkomstig zijn, maar wel op dezelfde manier verbruikt worden, zoals kamille. Bij gearomatiseerde thee zoals citroenthee vertrekt men wel van een blend van zwarte thee, maar worden er andere stoffen aan toegevoegd. De thee wordt in blends aangeleverd aan de fabriek, waarbij een blend een mengsel is van thee uit verschillende plantages. Deze mengsels worden zo gemaakt dat de klant altijd dezelfde smaak krijgt, ook al kan die per plantage van jaar tot jaar verschillen. De fabriek in Vorst heeft een vijftigtal machines voor het maken van theebuiltjes, van de Italiaanse fabrikant IMA en het Duitse Teepack, twee grote namen in de 96
sector. Recent werd een aantal van deze machines omgebouwd om theezakjes in afgesloten verpakkingen te kunnen aanbieden. Dit gaat een stuk verder dan de vergrendelde omslagjes die tot nu
van de productie voor de export bedoeld is. Wij Belgen zijn nu eenmaal geen thee drinkend volkje. Maar dat stelt wel specifieke eisen aan de fabriek, want het is enkel door een technische voorsprong te behouden op concurrenten – en op andere vestigingen binnen de groep – dat ze concurrerend kan blijven. Het vraagstuk om theezakjes af te sluiten is daar een mooi voorbeeld van. Het is iets waar ook sommige concurrenten al mee gestart zijn en waarvan men kan aannemen dat de consument het op termijn algemeen zal verwachten. Waar het om gaat is dat de huidige papieren zakjes van Lipton, waar de builtjes individueel in
RV/EV
Hein Woets, software engineer bij Actemium en Jean-Pierre Bouckaert, technical manager bij Unilever Lipton in Vorst (rechts).
toe door Lipton gebruikt werden. We hadden over dit project een gesprek met Jean-Pierre Bouckaert, technical manager bij Unilever Lipton, en Hein Woets, software engineer bij Actemium, dat instond voor de automatisering en elektrische installaties. PRODUCTIEKNOWHOW IN EIGEN HUIS Een interessant gegeven voor de fabriek in Vorst is nog dat 96 %
■ INDUSTRIE TECHNISCH MANAGEMENT DECEMBER 2007
verpakt zijn, een soort mechanische afdichting hebben. De zakjes worden gevormd door papier van een rol te plooien en de drie andere zijden aan elkaar te hechten door een systeem met rolletjes dat de vellen in elkaar doet haken. Dat geeft een mooi resultaat, maar de thee in het builtje kan nog steeds beïnvloed worden door omgevingsfactoren. De nieuwe zakjes zijn aan een zijde nog steeds geplooid maar zijn aan
de drie andere zijden dicht gelijmd, en dus volledig gesloten. Voor de bestaande theebuiltjesmachines betekende deze nieuwe uitdaging dat er een uitbreiding moest komen om de zakjes te vormen, verlijmen en op maat te snijden. In de uitbreidingsmodule worden ze ook gegroepeerd en in een vastgelegd aantal in een doos gestopt. De fabrikanten van dergelijke machines hebben intussen al oplossingen uitgewerkt voor het sealen van de zakjes, maar die waren voor de fabriek in Vorst niet haalbaar omdat ze te veel plaats in beslag namen. De machines staan er al heel dicht op elkaar en men kan dat aantal niet zomaar verminderen om plaats te maken voor de bijkomende functionaliteit. Bovendien heeft men, net omwille van die behoefte aan technische voorsprong, een uitgesproken ambitie om zoveel mogelijk productieknowhow in eigen huis te houden. Dus werd er twee jaar geleden een team gevormd om een prototype te ontwikkelen van een mogelijke uitbreiding die aan de gestelde eisen moest voldoen maar ook zeer compact moest zijn. Eens dat haalbaar bleek, werden toeleveranciers ingeschakeld om de uitbreiding te realiseren op de bestaande machines. Vandaag is dat al gebeurd op zes machines, en een tweede reeks van revampings staat er aan te komen. MOTION CONTROL IN PLC De specifieke uitdagingen in dit project waren de hoge snelheid en nauwkeurigheid. De productie van de theebuiltjes gebeurt aan 400 stuks per minuut en de uitbreiding mocht dat tempo niet naar omlaag halen. Die snelheid van 400 zakjes per minuut ligt trouwens al boven de capaciteit van de originele machine. De ver-
RV/EV
Actemium stond in voor de automatisering van dit project. Dit is de schakelkast van de uitbreiding (op mezzanine) met o.a. de Sinamics S120 servodrives.
hoging werd gerealiseerd in een eerder project door een aantal mechanische aanpassingen door te voeren. 400 zakjes per minuut betekent dat men slechts 150 msec heeft om een zakje te maken. Daarbij kwam de vraag naar een hoge nauwkeurigheid, met een tolerantie van slechts 0,25 mm op de positionering van de zakjes. Het maken van de papieren zakjes vertrekt van een rol waarop per zakje een printmark aangebracht is. Deze printmark wordt gedetecteerd door een laserfotocel en de afwijking van de positie van dit merkteken ten opzichte van een vast ijkpunt wordt door de sturing gebruikt om de snelheid van de papierrol aan te passen. Doel hiervan is het papier te synchroniseren met de theebuiltjes op een zodanige manier dat de print op het zakje altijd netjes in het midden staat. Vervolgens wordt het papier geplooid en een builtje ertussen geschoven, waarna een mes het zakje sealt en snijdt. Voor het sealen zit er al lijm op het papier, waarbij de ver-
TECHNOLOGY Machine revamping
lijming gebeurt door twee delen met lijm tegen elkaar aan te drukken. De hoge snelheid stelt hier een specifieke uitdaging. Het wieltje waarop de messen zitten, moet tijdens het snijden uiteraard synchroon lopen met de zakjes, maar moet nadien versnellen om weer op tijd in de juiste positie te raken voor het volgende zakje. Voor de sturing van de machine werd een S7-317T PLC van Siemens gekozen. De S7-T CPU is een standaard Simatic S7 CPU met geïntegreerde motion control functionaliteit, verzorgt door de Technology CPU. De S7-317 beheert de standaard PLC-functionaliteiten en communiceert via standaard blokken met de technology CPU. Het synchroniseren aan de hand van de printmarks wordt bijvoorbeeld berekend in de Simatic CPU, waarbij de technology CPU aan de hand van dat resultaat de servomotor bijstuurt. De nieuwe S7 PLC’s vervangen de oude S5 sturingen van de bestaande machines. Het programma werd daarbij grotendeels opnieuw geschreven om de functies van de uitbreiding te kunnen integreren. Voor die uitbreiding is er een bijkomende schakelkast waarin zich de Sinamics S120 servodrives bevinden die via Profibus gekoppeld zijn aan de PLC van de machine. SAFETY INTEGRATED Voor de standaardmachine is er één hoofdaandrijving met een hele reeks mechanische aandrijvingen. Daarnaast was er nog een
RV/EV
De builtjes worden aan de uitgang van de machine 90° graden gedraaid en zo komen ze meteen in het papieren zakje terecht.
elektronische nokkenas waarvan de functionaliteit nu ook in de nieuwe PLC verwerkt is. De uitbreiding heeft zeven assen die alle aangedreven worden met servomotoren. De keuze voor een S7 317 TCPU werd mee bepaald door het feit dat de aansturing en synchronisatie van deze assen allemaal in de PLC kunnen gebeuren. Een belangrijk aandachtspunt was nog de cyclustijd, aangezien alle berekeningen en aanpassingen voor de juiste positionering binnen 150 msec moeten gebeuren. Ander aspect was het Safety Integrated concept van de Sinamics drives, waardoor men
RV/EV
De oude en nieuwe theezakjes (rechts). De markt vraagt naar afgesloten verpakkingen.
98
■ INDUSTRIE TECHNISCH MANAGEMENT DECEMBER 2007
de installatie sterk kon vereenvoudigen. Heel wat safety functies zijn immers gelinkt aan de snelheden van de assen en konden in de sturing geparametriseerd worden. Een voorbeeld is de snelheid die elk van de assen mag hebben om bij onderhoudswerkzaamheden veilig te kunnen werken met een open omkasting. Een van de grootste uitdagingen voor Lipton – het compact realiseren van de uitbreiding – is alvast gelukt. Waar de uitbreiding van de machinefabrikant vier meter toegevoegd zou hebben aan de machine, doet men het nu op één meter. Een van de redenen hiervoor is dat de builtjes in de aangeboden oplossing een tijdje parallel lopen met het papier voor de zakjes. Hier worden de builtjes aan de uitgang van de basismachine 90° gedraaid en komen ze meteen in het papieren zakje terecht. Om verder te kunnen besparen op vloeroppervlak staan de nieuwe sturingskasten voor de machines op een mezzanine. Deze compacte oplossing maakt dat men op termijn alle machines kan uitbreiden binnen de beschikbare ruimte van de fabriek.
Verder heeft de aanpassing geen invloed gehad op de flexibiliteit van de productie. De fabriek kent een dertigtal run changes per week, wat een invloed kan hebben op de machine omdat verschillende theesoorten een ander soortelijk gewicht kunnen hebben. Aangezien de builtjes gedoseerd worden op gewichtsbasis, moet er soms dus meer volume ingebracht worden in het builtje in hetzelfde tijdsbestek, en krijgt men voor de verpakking in papieren zakjes een dikker pakje te verwerken. De productwissels worden aangestuurd door een eigen supervisiesysteem, dat in een eerder project al door Actemium ontwikkeld werd. Het systeem registreert ook een aantal relevante productiegegevens, zoals de gewichten van de verpakkingen. De eerste gelijmde zakjes zijn intussen een feit en worden momenteel in Italië op de markt gebracht. Eind volgend jaar, wanneer extra revampings klaar zullen zijn, komen ze ook bij ons in de winkels. ■
www.industrie.be
