WH3.2 Groep Viscon B.V. Kaj Cornelissen Bob van Heijningen Matt Rebel
10083421 09075879 10089721
Delft, 16 – 01 – 2012 Opdrachtgever: Viscon B.V.
EINDRAPPORT Doorontwikkeling van de afvullijn voor schaaltjes met trostomaten
Eindrapport
Voorwoord Dit rapport is het eindrapport van de projectgroep Viscon. De groep bestaat uit drie studenten werktuigbouwkunde van de Haagse Hogeschool Delft. Het project behoort bij het blok massaproduct 2, gegeven in het derde jaar van de opleiding. Dit rapport is geschreven om de lezer te informeren, in het bijzonder het bedrijf Viscon B.V. Zonder de juiste begeleiding hadden we niet hetzelfde eindresultaat neer kunnen zetten. Onze dank gaat dan ook uit naar mevr. Langerak-Visser voor het uitreiken van de opdracht, dhr. Rennings voor de technische informatie en dhr. Kamp voor de begeleiding. Ook willen we dhr. Persoon bedanken voor de begeleiding vanuit school. Delft, januari 2012 Kaj Cornelissen Bob van Heijningen Matt Rebel
2
Eindrapport
Inhoudsopgave Voorwoord .............................................................................................................................................. 2 Samenvatting........................................................................................................................................... 4 1
Inleiding ....................................................................................................................................... 5
2
Functieanalyse ............................................................................................................................. 6
3
Pakket van eisen .......................................................................................................................... 7 3.1
Eisen ........................................................................................................................................ 7
3.2
Wensen.................................................................................................................................... 7
4
De conceptfase ............................................................................................................................ 8 4.1
Concept 1: Handmatig vullen .................................................................................................. 8
4.2
Concept 2: De glijbaan........................................................................................................... 10
4.3
Concept 3: De vullift .............................................................................................................. 12
4.4
Concept 4: Dubbele glijbaan ................................................................................................. 14
5
Uitwerking concept ................................................................................................................... 16 5.1
Het vulstation ........................................................................................................................ 17
5.2
De troslift ............................................................................................................................... 19
5.3
Het switchstation .................................................................................................................. 20
6
7
Risicoanalyse ............................................................................................................................. 21 6.1
De lift ..................................................................................................................................... 21
6.2
De glijbaan ............................................................................................................................. 21
6.3
Het switchstation .................................................................................................................. 21 Kostenberekening...................................................................................................................... 22
Bijlage I: Morfologisch overzicht ........................................................................................................... 24 Bijlage II: Tekeningen lift ....................................................................................................................... 25
3
Eindrapport
Samenvatting Viscon B.V. is onder andere fabrikant van afvullijnen voor de voedselverwerkende industrie. Een fabrikant van trostomaten met een installatie van Viscon B.V. viel het op dat bij het vullen van schalen tomaten de tros altijd onderop komt te liggen met daarbovenop de losse tomaten. Voor een betere uitstraling zou de tros eigenlijk bovenop moeten liggen, met de losse tomaten daaronder. De opdracht van dit project richt zich op het aanpassen van een bestaande afvullijn voor tomaten van Viscon. Dit moet op een dergelijke manier gebeuren dan de tros tomaten bovenop de losse tomaten komt te liggen. Het is de bedoeling om de afvullijn aan te passen en niet een volledig nieuwe afvullijn te ontwerpen. Om de schalen tomaten op de juiste manier te kunnen vullen zijn er een aantal aanpassingen bedacht voor de bestaande afvullijn. Ten eerste worden de trossen tomaten pas op het allerlaatste moment aan de schaal toegevoegd door middel van een ‘lift’. Het toevoegen van de tros aan de schaal wordt dus automatisch gedaan. Ten tweede is er een aanpassing bedacht voor het verdeelstation. In het verdeelstation worden losse tomaten ingevoerd die vervolgens aan een tros worden gekoppeld. Aan het verdeelstation komen aan de onderkant rollerbaantjes, zodat de losse tomaten in de schaal kunnen rollen. Het vullen van de schalen met losse tomaten is op deze manier ook geautomatiseerd. Door het gebruik van de lift op het einde van de afvullijn kan de productiesnelheid verlagen. Hiervoor is het gebruik van een switchstation bedacht. Op deze manier kunnen er meerdere liften aan het eind van één afvullijn geplaatst worden. Er moeten een aantal onderdelen ingekocht worden voor de aanpassingen aan de afvullijn. Een overzicht van de kosten is moeilijk te geven omdat er geen prijzen bekend zijn. Daarom is er een schatting gemaakt. Volgens de schatting kosten de aanpassingen 26.500 euro.
4
Eindrapport
1 Inleiding Dit project maakt deel uit van de competentieleerlijn van blok WH3.2 en is opgesteld door de Haagse Hogeschool. Voor het project is er vanuit het bedrijf Viscon B.V. een opdracht geformuleerd. Viscon B.V. is onder andere fabrikant van afvullijnen voor de voedselverwerkende industrie. Een fabrikant van trostomaten met een installatie van Viscon B.V. viel het op dat bij het vullen van schalen tomaten de tros altijd onderop komt te liggen met daarbovenop de losse tomaten. Voor een betere uitstraling zou de tros eigenlijk bovenop moeten liggen, met de losse tomaten daaronder. Om dit te realiseren heeft Viscon aan het projectteam gevraagd een oplossing te zoeken voor het op de juiste manier vullen van de schalen tomaten, om zo de klant tegemoet te kunnen komen. Om tot het gewenste eindresultaat te komen is in hoofdstuk 2 eerst een functieanalyse opgesteld. In hoofdstuk 3 staat het pakket van eisen. Vervolgens worden in hoofdstuk 4 de bedachte concepten omschreven. In hoofdstuk 5 wordt het gekozen concept verder uitgewerkt en beschreven. In hoofdstuk 6 wordt een risicoanalyse geven. Het laatste hoofdstuk is hoofdstuk 7 met daarin een kostenberekening. Het rapport wordt afgesloten met een tweetal bijlagen. In de eerste bijlage staat het morfologisch overzicht, en in de tweede bijlage staan tekeningen van het eerste ontwerp van de lift.
5
Eindrapport
2 Functieanalyse Hieronder staan de stappen die genomen worden bij het verpakken van trossen tomaten schematisch weergegeven in een functieanalyse. Deze stappen worden doorlopen bij de machine die door Viscon geleverd wordt, en waar de aanpassing aan gedaan moet worden.
Aanvoer schalen
Tomaten in trossen knippen
Trossen in verschillende stukken knippen
Trossen in schaal leggen
Tomaten in weegsysteem invoeren
Schaal met tros tomaten wegen
Schalen koppelen aan ingevoerde tomaten
Losse tomaten toevoegen aan schalen
Tomaten verpakken
Controle
Figuur 1: Functieanalyse
6
Eindrapport
3 Pakket van eisen Vanuit Viscon zijn er maar enkel eisen gesteld aan de aanpassing van de afvullijn. Deze hebben betrekking op de huidige manier van het vullen van schalen tomaten. 3.1
Eisen
3.2
De productie mag niet verlaagd worden De productie mag niet arbeidsintensiever worden Het moet een aanpassing aan de huidige afvullijn worden en geen geheel vernieuwde afvullijn Wensen
Het versnellen van de productie Het productieproces automatiseren
7
Eindrapport
4 De conceptfase Er zijn vier concepten bedacht aan de hand van verschillende mogelijkheden om de afvullijn te verbeteren. In dit hoofdstuk wordt van ieder concept beschreven wat de veranderingen zijn ten opzichte van de huidige manier van werken en ten opzichte van de andere concepten. 4.1
Concept 1: Handmatig vullen
Omschrijving In concept 1 worden de geknipte trossen, in plaats van in de schaal, voor de schaal op de lopende band geplaatst. Als de tros gewogen wordt ligt deze nog niet in de schaal. De losse tomaten die uit het weegsysteem komen worden automatisch naast de nog lege schaal geplaatst. Op het punt waar de schalen gevuld worden komt nu een lege schaal aan met daarvoor een tros tomaten en ernaast de losse tomaten. De schaal wordt handmatig gevuld met tomaten. Eerst worden de losse tomaten in de schaal gelegd zodat vervolgens de tros er bovenop gelegd kan worden. In Figuur 2 staat een overzicht van de opbouw van de afvullijn. Voor- en nadelen Een voordeel is dat de afvullijn bijna niet aangepast hoeft te worden. Er moeten hooguit een paar aanpassingen worden gedaan aan de lopende banden en aan het weegpunt voor de trossen. Een nadeel is dat het vullen van een schaal tomaten arbeidsintensiever wordt. De tomaten moeten vaker opgepakt worden. Dit kost meer tijd en er zijn meer medewerkers nodig.
8
Eindrapport
Figuur 2: Concept 1
9
Eindrapport 4.2
Concept 2: De glijbaan
Omschrijving Concept 2 is een variant op concept 1. De geknipte trossen worden weer voor de lege schaal geplaatst. Als de tros gewogen wordt ligt deze nog niet in de schaal. De losse tomaten worden in het vulstation gewogen. Een computer combineert het gewicht van de losse tomaten uit één of meerdere vakken van het vulstation aan het gewicht van een tros die bij een schaal hoort. Aan de onderkant van het vulstation komt een glijbaan zodat de tomaten vanuit het vulstation rechtstreeks in de gelinkte schaal kunnen glijden. Hiervoor moet de schaal onder het juiste vak komen zodat de tomaten erin kunnen glijden. De schaal met losse tomaten gaat verder naar het punt waar de tros, die nog steeds voor de schaal ligt, handmatig in de schaal gelegd wordt. In Figuur 3 staat een overzicht van de opbouw van de afvullijn. Voor- en nadelen Een voordeel is dat door middel van de glijbaan de losse tomaten niet twee keer in handen van een werknemer komen doordat ze in de schaal glijden. Een nadeel is dat het vulstation aangepast moet worden. Daarnaast mogen de tomaten niet beschadigen bij het glijden in de schaal.
10
Eindrapport
Figuur 3: Concept 2
11
Eindrapport 4.3
Concept 3: De vullift
Omschrijving Concept 3 is gebaseerd op de laatste stap van het vullen van de schaal bij concept 1 en concept 2. Alle handelingen blijven gelijk alleen wordt de tros bij de laatste stap niet meer handmatig in de schaal gelegd. In dit concept wordt de tros in de schaal geplaats door middel van een ‘lift’. In Figuur 4 staat een overzicht van de opbouw van de afvullijn. Werking van de lift: De gevulde schaal met losse tomaten komt, met de tros voor de schaal, aan bij de lift. Het toevoegen van de tros wordt gedaan in vijf stappen. Tekeningen van de handelingen die de lift uitvoert staan in Bijlage II: Tekeningen lift. Stap 1: De tros komt op het eerste plateau. Stap 2: De lift draait één plek door. Daardoor komt de schaal op het tweede plateau. Tijdens deze handeling wordt het eerste plateau omhoog gelift. Stap 3: De lift draait één plek door. Het eerste plateau blijft op zijn plek waardoor de tros en de schaal op de zelfde positie komen met de tros recht boven de schaal. Tijdens deze handeling wordt de volgende tros alweer geladen en begint het proces opnieuw. Stap 4: De lift draait één plek door. De tros draait met de schaal mee en het plateau met de tros opent vanuit het midden. Hierdoor valt de tros in de schaal. Stap 5: De lift draait één plek door. Het tweede plateau draait twee plekken door en zakt weer in zijn originele positie. Na het uitwerken van de werking van de ronddraaiende lift is er besloten om een variant te bedenken op de hierboven beschreven lift omdat de ronddraaiende lift te ingewikkeld werd bevonden. Deze variant wordt beschreven in het hoofdstuk waarin het concept verder wordt uitgewerkt. Voor- en nadelen Een voordeel is dat er niet meer handmatig gevuld hoeft te worden. Hierdoor wordt het proces minder arbeidsintensief. Daarnaast kan de lopende band korter worden na het vullen van de schaal met losse tomaten. De lift neemt minder ruimte in dan een lopende band waar personeel naast moet kunnen meelopen. Dit scheelt vierkante meters. Een nadeel is dat er een geheel nieuwe machine moet worden ontworpen. Hierdoor zijn de investeringskosten relatief hoog. Daarnaast is ook de regeltechniek complex door de vele stappen en goede timing die nodig is om alles goed te laten functioneren.
12
Eindrapport
Figuur 4: Concept 3
13
Eindrapport 4.4
Concept 4: Dubbele glijbaan
Omschrijving In concept 4 wordt de weegtechniek bij de losse tomaten ook toegepast bij de trossen. Ook de trossen worden in een vulstation ingevoerd. De trossen worden gewogen in het vulstation waarin de trossen worden ingevoerd. Deze staat verder in de afvullijn dan het vulstation voor de losse tomaten. Als een tros wordt gewogen wordt deze gelinkt aan een vak met losse tomaten. De lege schaal komt eerst langs het vak met losse tomaten. Deze worden door middel van een glijbaan in de schaal gelegd. Vervolgens komt de schaal met losse tomaten bij het tweede vulstation. Hier wordt de gelinkte tros door middel van een glijbaan in de schaal gelegd. In Figuur 5 staat een overzicht van de opbouw van de afvullijn. Voor- en nadelen Een voordeel is dat de tomaten allemaal automatisch in de schaal komen. Een nadeel is dat bij het glijden van de tros in de schaal er problemen kunnen ontstaan. De schaal kan door het gewicht van de tros omvallen of de tros kan niet op de goede manier in de schaal terecht komen.
14
Eindrapport
Figuur 5: Concept 4
15
Eindrapport
5 Uitwerking concept Er is gekozen om concept 3 verder uit te werken tot een volledige afvullijn. De afvullijn staat weergegeven in Figuur 6. Hierin zijn de troslift (links in de afbeelding) en het vulstation (rechts in de afbeelding) weergegeven. In het vulstation worden de losse tomaten gestort in de schaal. De troslift is het deel waarmee de tros wordt opgetild om vervolgens de tros automatisch in de schaal te laten vallen.
Figuur 6: De volledige afvullijn
16
Eindrapport 5.1
Het vulstation
Het vulstation, dat geplaatst wordt op een vast frame, staat weergegeven in Figuur 7. Het bestaat uit een zestal modulen. Elke module bevat vier vakken met weegunits, waar werknemers, net zoals in de huidige situatie, continue willekeurige aantallen tomaten in een vak leggen. Het vulstation heeft dus in totaal 24 vakken waarin tomaten geplaatst dienen te worden. Een computer combineert het gewicht van de losse tomaten uit één of meerdere vakken met het gewicht van een tros die bij een schaal hoort. Hiertoe opent de computer één of meerder vakken van één of meerder modules. De schaal komt onder de geopende vakken en de tomaten rollen via een rollerbaan in de schaal. De verschillende onderdelen van het vulstation staan weergegeven in Figuur 8.
Figuur 7: Vulstation en het montageframe
17
Eindrapport
Figuur 8: Onderdelen vulstation
18
Eindrapport 5.2
De troslift
Nadat de schaal gevuld is met losse tomaten, moet de tros die voor de schaal ligt, in de schaal gelegd worden. Dit wordt gedaan door de troslift, weergegeven in Figuur 9. (Dit is niet meer dezelfde lift als in het concept.)De troslift bestaat uit twee vorken, die open en dicht, en omhoog kunnen bewegen. De vorken bevinden zich tussen de rollers van de rollerbaan. De vorken tillen de tros, die over de rollerbaan aankomt, pas op als deze in zijn geheel op de vorken ligt. De vorken gaan omhoog en de schaal, die achter de tros over de rollerbaan aankomt, komt onder de vorken. Op dat moment gaan de vorken open en valt de tros in de schaal. De schaal gaat vervolgens verder naar de verpakkingsmachine en de vorken zakken weer tussen de rollers van de rollenbaan.
Figuur 9: De troslift
19
Eindrapport 5.3
Het switchstation
Bij het gebruik van de lift kan het nodig zijn dat de schaal voor een korte tijd stilstaat onder de vorken. Dit is om de tros op een goede manier in de schaal te plaatsen. Hierdoor kan de productiesnelheid lager worden. Om dit te voorkomen is er nagedacht over een switchstation waardoor er twee of meerdere liften aan het eind van één afvullijn kunnen komen. Hiervoor moeten de schalen en trossen verdeeld worden over verschillende banen die naar de verschillende liften gaan. Hiervoor zijn twee opties. Optie 1 Deze optie is gebaseerd op de boodschappenband bij een kassa in de supermarkt. Een deel van de band wordt afgesloten voor boodschappen door een beweegbare balk op de band.
Figuur 10: Boodschappenband
Optie 2 Bij deze optie worden de schalen gescheiden door middel van een transportband met een lineaire functie (de line divider). Deze transportbanden bewegen de producten zowel voorwaarts als opzij. Zoals in Figuur 11 te zien is verdeelt de rollerbaan de schalen over verschillende lopende banden. Op de rollerbaan zit een plateau (het witte gedeelte) dat zijwaarts kan bewegen. De rollers zelf zorgen voor de voorwaartse beweging. Op deze manier kunnen de schalen gescheiden, en naar meerde liften geleid worden.
Figuur 11: Line divider
20
Eindrapport
6 Risicoanalyse Het uiteindelijke concept bevat drie onderdelen die een verhoogd risico hebben op falen. Dit zijn de lift, de glijbanen en het switchstation. Deze delen van de afvullijn bevatten de meeste bewegende onderdelen en hebben hierdoor een grotere kans om stuk te gaan dan de overige delen van de afvullijn. In dit hoofdstuk worden de punten besproken waarop het mis zou kunnen gaan bij de delen met een verhoogde kans op falen. 6.1
De lift
Het gebruik van de in de lift in de afvullijn brengt de volgende risico’s met zich mee:
6.2
De lift bevat veel bewegende onderdelen waaronder lagers en pneumatische cilinders. Dit zijn onderdelen die aan slijtage onderhevig en onderhoudsgevoelig zijn. Door de lift kan het doorlopen van het vulproces vertraagd worden. Als de tros tomaten omhoog gebracht wordt of als de tros tomaten in de schaal moet vallen staat de schaal even stil. Dit kan snelheid van het vulproces verlagen ten opzichte van hoe het nu is. Dit kan wel verholpen worden door meerdere liften aan het einde van de afvullijn te plaatsen. Als de tomaten van een te grote hoogte in de schaal vallen kunnen de tomaten beschadigen. De tros tomaten moet helemaal op de lift liggen voordat deze omhoog gaat. Als dit niet het geval is kan de tros naast de schaal terecht komen. Bij het openen van de lift moet de tros tomaten precies in de schaal vallen en mogen de twee vorken niet tegen de schaal aankomen. Omdat er vele verschillende soorten schalen gebruikt moeten kunnen worden, moet de lift erg nauwkeurig geprogrammeerd worden. De glijbaan
Het gebruik van de glijbaan in de afvullijn brengt de volgende risico’s met zich mee:
6.3
De kleppen bovenaan de glijbaan zijn bewegende onderdelen. Deze kunnen eerder stuk gaan dan niet bewegende onderdelen. De tomaten vallen vanaf de glijbaan vanaf een bepaalde hoogte in de schaal. Hierbij mogen de tomaten niet beschadigen. De onderkant van de glijbaan moet op een hoogte vanaf de band komen dat alle soorten schalen eronderdoor kunnen. De glijbaan mag echter ook weer niet te hoog komen omdat anders de tomaten van een te grote hoogte vallen. De glijbaan is een rollerbaan. Ook bij het rollen van de tomaten over de rollenbaan mogen de tomaten niet beschadigen. Het switchstation
Het switchstation is een bestaand onderdeel in verschillende afvullijnen. Naast dat het bewegende onderdelen bevat en daardoor onderhoudsgevoelig is, worden er geen risico’s gelopen.
21
Eindrapport
7 Kostenberekening In dit hoofdstuk wordt er een overzicht gegeven van de kosten voor het aanpassen van de afvullijn voor schalen tomaten. Omdat er geen prijzen van onderdelen, materialen en uurlonen bekend zijn is er een schatting gemaakt. Een overzicht staat in Tabel 1. Kosten Inkoop Materiaal Montage Programmeren Ontwerp Overig
Bedrag (euro) 10.000 8.000 2.000 3.000 1.500 2.000
Totaal
26.500
Tabel 1: Kosten
Kosten overig 8% ontwerp 6% programmeren 11%
inkoop 38%
montage 7% materiaal 30%
Figuur 12: Overzicht kosten
22
Eindrapport Er zijn verschillende onderdelen en materialen die ingekocht moeten worden. Hieronder een overzicht. Vulstation Donut load cell (
stuks)
In elke hoek van de vakken van het vulstation komt een load cel om het gewicht van de losse tomaten ik de vakken van het vulstation te meten. Het gewogen gewicht wordt doorgegeven aan een computer. Meer informatie is te vinden op: http://www.futek.com/files/pdf/Product%20Drawings/lth300.pdf Rollerbaan De glijbanen aan de onderkant van de vakken bij het vulstation zijn korte rollerbaantjes zodat de tomaten gemakkelijk naar beneden rollen. Er zijn twaalf rollerbaantjes nodig van ieder achttien rollers. De afmeting van de rollers is mm. Rollerbaan Het transport van de schalen en de trossen tomaten gaat over een rollerbaan. De totale lengte van de rollerbaan is 2600 mm. De afmeting van de rollers is mm. In totaal bestaat de rollerbaan aan 104 rollers. Staal Het frame van de afvullijn wordt gemaakt van roestvrijstaal. Met behulp van het tekenprogramma Inventor is berekend dat er ongeveer 150 kg roestvrijstaal nodig is. Lift Cilinders (2 stuks) Om de vorken van de lift open en dicht te doen is er een cilinder nodig. Er is gekozen voor een cilinder van Festo, de DSNU-12-50-P. Lineair geleiding (4 stuks) Om de lift naar boven en beneden te bewegen is er een lineaire geleiding nodig. Er is gekozen voor een lineaire geleidingen van Festo, de DGC-12-500-G-P-A ZUB-F.
23
Eindrapport
Bijlage I: Morfologisch overzicht Functieomschrijving Trossen knippen Trossen plaatsen
Huidige methode
Trossen wegen
De schaal met tros wordt op de lopend band gewogen Tomaten worden handmatig geknipt In een weegsysteem met twaalf vakken Een computer linkt de losse tomaten aan de tros in de schaal De losse tomaten komen naast de gelinkte schaal te liggen De losse tomaten worden handmatig bij de tros in de schaal gevoegd
Losse tomaten knippen Losse tomaten wegen Matchen van trossen aan losse tomaten Losse tomaten plaatsen
Schaal vullen
Controleren van het totaal gewicht
Handmatig Direct in de schaal
Oplossing 1
Oplossing 2
Voor de schaal op de lopende band
In een weegsysteem met twaalf vakken De tros wordt los gewogen
De tros wordt gelijktijdig met de schaal gewogen
Oplossing 3
Een computer linkt een tros aan losse tomaten Naast een leeg schaal. Vervolgens handmatig in de schaal leggen De tros wordt handmatig in de schaal gelegd
Met een glijbaan worden de losse tomaten in de juiste schaal geleid De tros wordt opgetild door een kanteltafel, vervolgens komt de schaal er recht onder waarna de tafel kantelt en de tros in de schaal valt.
De tros wordt met een glijbaan in de schaal gelegd
Wegen op een lopende band
De blauwe lijn geeft concept 1 weer. De rode lijn geeft concept 2 weer. De groene lijn geeft concept 3 weer. De oranje lijn geeft concept 4 weer.
24
Eindrapport
Bijlage II: Tekeningen lift
Figuur 13: Tros en schaal komen aan over lopende band
Figuur 14: Tros ligt op de lift
25
Eindrapport
Figuur 15: Tros en schaal liggen op de lift
Figuur 16: Tros komt boven de schaal
26
Eindrapport
Figuur 17: Tros valt in de schaal
27
