Systemanalys flingtork
Produktionseffektivisering
Systems Analysis Pulp Flash Dryer
Johan Hansson
Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Högskoleingenjörsprogrammet i Mekatronik C-nivå 22,5hp
Extern handledare: Jonas Uller, BillerudKorsnäs AB Handledare: Jorge Solis, Karlstads universitet Examinator: Magnus Mossberg
2014-07-02
Sammanfattning
BillerudKorsnäs är en världsledande leverantör av nyfiberbaserat förpackningsmaterial och på Gruvöns bruk i Grums har man valt att investera ett mångmiljonbelopp i kokaren på anläggningen för att höja den totala kapaciteten för fabriken. Detta medför då att flingtorken kommer belastas mer och det är då viktigt att dess tillförlitlighet är stor och kan köras med en hög kapacitet.
Driftsäkerheten för flingtorken på Gruvön är inte den önskade, med minskad tillgänglighet och produktion samt ökade underhållskostnader som följd. Det finns ett antal olika orsaker till detta, men alla orsakssamband är inte kända.
Syftet med det här projektet var att utföra en systemanalys över flingtorken för att identifiera flaskhalsar och de mest kritiska delarna ur ett kapacitets- och tillgänglighetsperspektiv. Lämplig metodik för systemanalysen togs fram och skulle på ett strukturerat sätt användas för att genomföra analysen med data från processen och underhållssystemet. Målsättningen var att öka kunskapen kring flingtorkens olika processteg och hitta möjliga lösningar för ökning av produktionsnivån och tillgängligheten samt ta fram detaljerade underlag för de lösningar som bedöms mest intressanta.
Genom att en strukturerad metodik studerades och tillämpades för systemanalysen, lyckades flaskhalsar identifieras i systemet, där den mest kritiska punkten ansågs vara emballagemaskinen. En djupare analys av denna gjordes för att hitta möjliga förbättringsområden. Ett antal
förbättringsförslag lyftes fram som skulle bidra till en minskad uppståndelse av larm och stopp, där dessutom ett mer detaljerat lösningsförslag lyftes fram för emballagemaskinen som bör kunna höja dess tillgänglighet. Ett förslag togs även fram för hur en ombyggnation av linjen skulle bidra till en kapacitetshöjning. För framtida undersökningar är det viktigt att fortsätta analysera systemet, för att successivt minska de förekommande larmen och oplanerade stoppen i linjen.
Abstract
BillerudKorsnäs is a leading global provider of primary fiber-based packaging materials and on Gruvöns Bruk in Grums, they have chosen to invest millions in the boiler at the facility to increase the total capacity of the factory. This results in the Pulp Flash Dryer at Gruvön being burden more, which makes it important that it is of great reliability and can be run with a high capacity. The reliability of the Pulp Flash Dryer at Gruvön is not as good as one could hope, which leads to reduced availability and production, as well as to increased maintenance costs. There are a number of different reasons for this, but all the casual links are not known.
The purpose of this project was to perform a system analysis of the Pulp Flash Dryer to identify bottlenecks and the most critical parts from a capacity- and availability perspective. Appropriate methodology for the system analysis was used and would be used in a structured way to perform the analysis with data from the process and the maintenance system. The aim was to increase
knowledge about the Pulp Flash Dryers different steps of process and to find possible solutions for increase of production level and availability, as well as generating detailed grounds for the solutions which would be considered the most interesting.
Because a structured methodology was studied and applied for the System Analysis, bottlenecks were successfully identified in the system. The most critical one was considered to be the wrapping machine. A deeper analysis of it was performed to find possible areas of improvement. A number of suggestions for improvement were suggested to contribute to a decreased amount of alarms and production failures; in which a more detailed suggestion for solutions were brought up for the wrapping machine and should be able to increase its availability. A suggestion was also made regarding how a rebuilding of the line could contribute to an increase in capacity. For future enquiries, it is important to continue the analysis of the system, in order to successive decrease the occurring alarms and unplanned stops in the line.
Tackord
Jag vill utbringa ett stort tack till BillerudKorsnäs AB för att jag fick skriva mitt examensarbete hos dem. Jag vill även tacka alla personer som har hjälpt till och försett mig med information under projektets gång. Alla intervjuer och övrig kontakt har varit till stor hjälp för genomförandet av projektet och även min personliga utveckling.
Ett speciellt tack tilldelas Jonas Uller, automationschef, och Thomas Nyman, processautomations- ingenjör, som har bistått med uppgifter och handlett mig under projektets gång. Tillsammans med dem har tydliga mål satts upp och en stor mängd kunskap har erhållits.
Innehåll
1. Inledning ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.2 Syfte ... 1
1.3 Mål ... 1
1.4 Problemformulering ... 2
1.5 Avgränsning ... 2
2. Teori ... 3
2.1 BillerudKorsnäs Gruvöns bruk ... 3
2.2 Flingtorken ... 4
2.2.1 Processteg ... 4
2.2.2 Allmänt ... 4
2.3 Enhetsoperationer för balhanteringslinjen ... 6
2.3.1 Plattpress ... 6
2.3.2 Balpress ... 7
2.3.3 Emballagemaskin ... 8
2.3.4 Stämpelmaskin ... 9
2.3.5 Vikmaskin ... 10
2.3.6 Bindmaskin ... 11
2.3.7 Balstaplare ... 12
2.3.8 Enhetsbindare ... 13
2.4 Styrsystem ... 14
3. Litteraturstudie för val av metodik... 16
3.1 Strukturerad analys ... 16
3.2 Objektorienterad analys ... 16
3.3 Processorienterad analys ... 17
3.3.1 Statiska verktyg ... 17
3.3.2 Dynamiska verktyg ... 18
3.3.3 För- och nackdelarna med verktygen ... 18
3.4 Val av metod ... 19
4. Metodik ... 20
4.1 Datainsamling ... 21
4.1.1 Intervjuer ... 21
4.1.2 Loggning ... 22
4.1.3 Underhållsdata ... 22
4.1.4 Egna observationer ... 23
4.2 Systemanalys ... 24
4.2.1 Nivå 0 ... 25
4.2.2 Nivå 1 ... 26
4.2.3 Nivå 2 ... 27
4.3 Analys av emballagemaskin ... 28
4.3.1 Emballagemaskinen i detalj ... 28
4.3.2 Övrigt ... 31
5. Analys och diskussion ... 33
5.1 Systemanalys – Nivå 0 ... 33
5.1.1 Plattpressarna ... 34
5.1.2 Balpressen ... 37
5.1.3 Emballagemaskinen ... 38
5.1.4 Sammanfattning ... 39
5.2 Systemanalys – Nivå 2 ... 40
5.2.1 Cykeltidsanalysen ... 40
5.2.2 Sammanfattning ... 43
5.2.3 Förbättringsmöjligheter mellan våg och stämpelmaskin ... 44
5.3 Analys av emballagemaskin ... 46
5.3.1 Timing ... 46
5.3.2 Felorsaksanalys ... 48
6. Resultat ... 54
6.1 Omplacering av våg-stämpelmaskin ... 54
6.2 Lösningsförslag för valsen ... 58
6.2.1 Ventilimplementation ... 58
6.2.2 Vinkelgivare ... 59
6.2.3 Induktiv lägesgivare ... 60
6.2.4 Val av lösning ... 61
6.3 Övriga förbättringsområden... 65
6.3.1 Oljevärmare ... 65
6.3.2 Bromsning av emballagerulle ... 65
6.3.3 Pappersindikering med fotocell ... 65
7. Avslutande diskussion ... 66
8. Slutsats ... 66
8.1 Framtida undersökningar ... 66
Källförteckning ... 67 Bilaga 1: Balhanteringslinjen ... A Bilaga 2: Platsnummer ... B Bilaga 3: Tillståndsdiagram för emballagemaskin ... C Bilaga 4: Tillståndsdiagram med inlagda fel ... D Bilaga 5. Ritning på metallindex ... E
1
1. Inledning 1.1 Bakgrund
Examensarbetet inom elektroingenjörsprogrammet, ELGC11, är en obligatorisk kurs för att erhålla högskoleingenjörsexamen inom mekatronik, elektroteknik samt musik och ljudsättning på Karlstads universitet. Elektroingenjörsprogrammet tillhör fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap, där Magnus Mossberg är examinator.
BillerudKorsnäs är en världsledande leverantör av nyfiberbaserat förpackningsmaterial och består idag av åtta produktionsanläggningar, där en av de två största är belägen på Gruvön i Grums. Inom all pappersindustri pågår ständigt arbete för optimering av produktionen, då man vill garantera sina kunder säker och trygg leverans, men även öka den totala omsättningen för anläggningen. Att minimera driftstopp och öka produktionshastigheten för processerna är något som eftersträvas inom hela industribranschen.
Gruvöns bruk har beslutat att investera ett mångmiljonbelopp i kokaren på anläggningen för att höja den totala kapaciteten för fabriken. Detta medför då att flingtorken kommer belastas mer och det är då viktigt att flingtorkens tillförlitlighet är stor och kan köras med en hög kapacitet. Driftsäkerheten för flingtorken på Gruvön är inte den önskade, med minskad tillgänglighet och produktion samt ökade underhållskostnader som följd. Det finns ett antal olika orsaker till detta, men alla orsakssamband är inte kända.
Under 2012 byttes det gamla styrsystemet SattControl ut mot Siemens S7, men gamla I/O:n bibehölls. Tanken är att kunna utnyttja det nya styrsystemet för att öka informationen om enskilda utrustningsfunktioner och på så vis hitta förbättringsmöjligheter som kan leda till en ökad
tillgänglighet. Förbättringsmöjligheterna kan exempelvis vara nya givarpositioner, förändrad styrning, bättre loggning med mera.
1.2 Syfte
Syftet med det här projektet är att utföra en systemanalys över flingtorken för att identifiera flaskhalsar och de mest kritiska delarna ur ett kapacitets- och tillgänglighetsperspektiv. Lämplig metodik för systemanalysen skall tas fram. Denna skall på ett strukturerat sätt användas för att genomföra analysen med data från processen och underhållssystemet.
1.3 Mål
Målsättningen är att öka kunskapen kring flingtorkens olika processteg och hitta möjliga lösningar för att öka produktionsnivån och tillgängligheten samt att ta fram detaljerade underlag för de lösningar som bedöms mest intressanta.
2
1.4 Problemformulering
Flingtorkslinjen består av ett antal diskreta produktionssteg och idag förekommer mängder av oplanerade stopp, larm och fördröjningar hos de enskilda stegen. Detta beror på att stegen antingen inte arbetar tillsammans på ett väl fungerande sätt, eller att enskild utrustning krånglar.
Examensarbetet syftar på att reda ut orsakssamband och att identifiera felkällor.
1.5 Avgränsning
Flingtorken består av två linjer, varav torkningslinjen och balhanteringslinjen. I det här projektet studeras balhanteringslinjen, där massabalarna blir till och transporteras mellan ett antal enhetsoperationer.
3
2. Teori
2.1 BillerudKorsnäs Gruvöns bruk
BillerudKorsnäs AB bildades under 2012 då en sammanslagning av Billerud och Korsnäs ägde rum.
Idag omsätter företaget ungefär 20 miljarder svenska kronor. Gruvöns bruk i Grums är en av koncernens största bruk och har en produktionskapacitet på ungefär 685 000 ton/år. [1]
Sulfatfabriken på Gruvön består av tre olika sektioner, renseri/lövmassalinjen, barrmassalinjen samt lut och ånga. Sulfatfabrikens huvuduppgift är att förse pappersbruket med löv- och barrmassa och flutingbruket med lövvedsflis. Barrmassalinjens uppgift är att producera massa till
kraftpappersbruket, men även förse flingtorken med massa. Massan från flingtorken säljs som så kallad avsalumassa(färskmassa) till extern kund. Innan massan kommer in i flingtorken har den från sin start som flis genomgått ett antal steg varav basning, impregnering, kokning, tvättning och blekning.[2] Nedan i figur 1 visas processflödet för produktionen och den omringade delen är flingtorken, där även avsalumassan kan ses som de tre vita rullarna i flingtorkens utflöde.
Figur 1. Processflödet för Gruvöns bruk [1]
4
2.2 Flingtorken
2.2.1 ProcesstegFlingtorken på Gruvön består idag av två stycken identiska och parallellt gående produktionslinjer med gemensam packning som har till uppgift att torka och pressa pappersmassan till balar. Dessa balar säljs sedan som så kallad avsalumassa. Det första steget i flingtorken är torkningen av massan som sker i två delsteg. I det första delsteget urvattnas massan genom att pressas i våtpressar.
Massan kommer in i våtpressarna med en torrhalt på cirka tre till fyra procent och uppnår efter detta steg en torrhalt på cirka 50 procent. Massan rivs sedan isär och transporteras vidare till en fluffer, där pappersmassan finfördelas ännu en gång. I det andra delsteget torkas massan en gång till genom att ansluta så kallade torkcykloner. Med hjälp av hetluft från batterier värms massan så att dess torrhalt uppnår cirka 90 procent.[2]
När torkningen av massan är klar startar det andra och sista steget i flingtorken, balhanteringslinjen.
Balhanteringslinjen består av ett antal enhetsoperationer, plattpressen, balpressen,
emballagemaskinen, stämpelmaskinen, vikmaskinen, bindmaskinen, balstaplaren och slutligen enhetsbindaren. På Gruvön finns två plattpressar som ansluts via de två linjerna från torkningen.[2]
Plattpressarna kan antingen köras separata eller tillsammans, beroende på mängden tillgänglig massa. Balarna som sedan blir till i plattpressen, transporteras vidare via en gemensam linje för att färdigställas i de resterande operationerna. I figur 2 visas de åtta enhetsoperationerna i
balhanteringslinjen i respektive ordning. Balarna transporteras mellan de olika enheterna med hjälp av en mängd olika transportörer. Flingtorkens hela balhanteringslinje kan ses i bilaga 1.
Figur 2. De åtta enhetsoperationerna i balhanteringslinjen
2.2.2 Allmänt
Varje bal väger cirka 200 kg där vikten mäts av en våg mellan balpressen och emballagemaskinen. I figur 4 visas en färdigpressad bal som vägs. Vid vågen dataregistreras balarna och stämplas sedan vid stämpelmaskinen med kvalitetsklass, datum och serienummer för att uppnå spårbarhet. Serienumret är ett löpnummer innehållande balgrupp och balnummer. Varje balgrupp består av 80 balar, alltså tio balpaket, där ett balpaket innehåller åtta balar. Kvalitetsklassen bestäms utifrån dess prickyta och ljushet, som bestäms genom att operatörerna tar ett prov på varje balgrupp. Proverna skickas till ett laboratorium där prickytan och ljusheten undersöks. Operatörerana får svar om dess kvalitetsklass innan alla balar i dess grupp har passerat. Varje balgrupp får därmed en gemensam kvalitetsnivå.
Kvalitetsnivåerna är prima++, prima+, prima, halvprima och sekunda. När balarna har hanterats i de olika enhetsoperationerna går balarna ut på en lagringslinje. Lagringslinjen tömmer operatörerna med en gaffeltruck när balgruppens antal har uppnåtts. Balarna placeras ute i ett lager för att sedan levereras till extern kund.
Anläggningen är uppbyggd av platsnummer, så att varje enskild del i en maskin enkelt kan uppsökas.
Ett platsnummer kan till exempel vara 441A002. Figur 3 visar vad som ingår i ett platsnummer, där 4 i det här fallet står för barrmassalinjen, 41 står för flingtorken och A002 står för den allmänna
maskinen, som i det här fallet är emballagemaskinen. För att dokumentationen av rapporten ska vara
Plattpress Balpress Emballage-
maskin Stämpel-
maskin Vikmaskin Bindmaskin Balstaplare Enhets- bindare
5
enkel att förstå, så kommer platsnummer att användas för beskrivning av detaljerad utrustning. Alla platsnummer som används i rapporten finns beskrivna i bilaga 2.
Figur 3. Beskrivning av platsnummer
När fel uppstår någonstans i den gemensamma linjen efter plattpressarna, så finns en lagringslinje att utnyttja. Tack vare detta behöver operatörerna ej stoppa den igångsatta plattpressen, förutsatt att felen åtgärdas innan lagringslinjen har blivit full. Lagringslinjen kan ta upp till 16 balar, vilket
motsvarar 7-8 minuters produktion vid en maximal produktionshastighet. Den nämnda lagringslinjen mellan plattpressarna och balpressen är transportörerna T009 och T010. T006 är en transportörvagn som kan befinna sig i tre lägen som bilaga 1 visar. Transportvagnen har till uppgift att hämta två balar åt gången vid aktuell linje, för att sedan överlämna balarna för transport till balpressen. De flesta transportörerna är utrustade med gränslägen som har koll på balens position mellan de olika processerna.
Stora delar av flingtorken består av skalskydd i form av ljusbommar och tillträdesskydd. Skalskydden är en säkerhetsfaktor, där ett utlöst skalskydd förreglar automatiska rörelser och sekvenser i den gällande zonen.
Figur 4. Bal som vägs
6
2.3 Enhetsoperationer för balhanteringslinjen
2.3.1 PlattpressDen första operationen i balhanteringslinjen är plattpressen. På Gruvön finns två identiska plattpressar vars uppgift är att pressa ihop den fluffiga pappersmassan till balar.
Varje plattpress är omgiven av två stup där den fluffiga massan transporteras in med hjälp av ett luftflöde. Ovanför dessa stup sitter ett fördelningsspjäll som fördelar massan i stupen beroende på dess massanivå. Massanivån indikeras av tre fotoceller, placerade på olika höjder i stupen. I botten på varje stup sitter två matarvalsar som matar in massan från stupet till inmatningsskruven.
Inmatningsskruven matar sedan in massan i pressutrymmet. När massan har kommit in i
pressutrymmet, startar pressekvensen där en stämpel utför själva pressarbetet. Stämpeln pressar massan mot pressbordet, där stämpelns rörelse styrs av en stor hydraulcylinder vid nedgång och två mindre hydraulcylindrar vid uppgång. Stämpeln pressar ihop den inkommande massan i tre
omgångar, så att ”plattor” bildas. Dessa tre plattor skapar då tillsammans en massabal som kan sänkas ner tillsammans med pressbordet, för att sedan knuffas ut för vidare transport. I figur 5 visas en bild på plattpress 2 för en uppfattning om dess storlek och utseende. När båda plattpressarna är igång och man vill köra under maximal produktionshastighet, så ligger man på ungefär 25 t/h då systemet är uppbyggt för den hastigheten. Plattpressarna är dock kapabla till att kunna köra upp till 30 t/h, men det finns övrig utrustning som begränsar.
Figur 5. Plattpress 2
7 2.3.2 Balpress
Balpressen är det första steget på den gemensamma balhanteringslinjen. I balpressen komprimeras varje bal ytterligare två gånger med hjälp av en presstämpel bestående av fyra hydraulcylindrar.
Under den sista pressningen stannar presstämpeln på ett visst läge som antingen indikeras med hjälp av en trycksensor eller lägesgivare. Presstämpeln behåller denna position med viss tid för att balen ska kunna behålla sin volym. In- och utmatning av balarna sker med hjälp av ett transportband.
Pågående balpressning visas i figur 6.
Figur 6. Bal komprimeras i balpressen
8 2.3.3 Emballagemaskin
Den tredje enhetsoperationen är emballagemaskinen där balen blir omslagen av papper.
Operationen innehåller en mängd sekvenser för omlindningen av pappret. In- och utmatning av bal sker via kedjetransport och bordsförflyttning genom hydraulisk kraft. I emballagemaskinen finns en vals vars uppgift är att linda av och på emballagepapper. Balen blir färdigemballerad genom att valsen går ner och bordet skjuts tillbaka. Figur 7 visar emballagemaskinen redo för bal.
Figur 7. Emballagemaskinen
9 2.3.4 Stämpelmaskin
Stämpelmaskinen är den snabbast färdigställande enhetsoperationen då balen inte ens behöver stanna för att färdigställas. Balen går på ett transportband genom stämpelmaskinen och när balen befinner sig i position, så stämplas balen med dess tidigare nämnda kvalitetsklass, serienummer och datum. Figur 8 nedan visar stämpelmaskinen.
Figur 8. Stämpelmaskinen
Stämplingen ingår i en sekvens där den samarbetar med vågen mellan balpressen och
emballagemaskinen. Kommunikationen sker via det överordnade produktionssystemet paperline som kommunicerar med balhanteringslinjens styrsystem via Ethernet. När en bal indikeras vid vågen via ett gränsläge, så skickas en signal vidare till paperline som säger att bal finns på plats för att vägas. Balen vägs och paperline skickar signal till styrsystemet när vägningen är klar. Paperline håller endast koll på en bal åt gången, vilket leder till att endast en bal befinner sig mellan vägningen och stämplingen samtidigt. Processen blir på så vis begränsad här. När balen har blivit stämplad, så skickar PLC signal till paperline att märkningen är klar och redo för nästa bal.
Kommunikationssekvensen visas i tabell 1 nedanför.
Tabell 1. Kommunikationen mellan paperline och PLC
PAPERLINE RIKTNING PLC
OMSTART →
← BAL PÅ VÅG (KLART FÖR VÄGNING)
MÄRKNING LADDAT(VÄGNING KLAR) →
← MÄRKNING KLAR (FÄRDIGSTÄMPLAD)
10 2.3.5 Vikmaskin
Vikmaskinen viker emballagepappret på balen innan bindningen kan ske. Under vikningssekvensen lyfts balen upp och vänds 90 grader. Alla sekvenser i maskinen sker med hydrauliska rörelser. Figur 9 visar en bal som har vänts och håller på att färdigställas.
Figur 9. Vikmaskinen
11 2.3.6 Bindmaskin
Bindmaskinen är den sjätte enhetsoperationen. När bal befinner sig i läge för bindning startar sekvensen och ett varv ståltråd slås runt balen. I figur 10 visas en bunden bal placerad i sitt bindande läge.
Figur 10. Bindmaskinen
12 2.3.7 Balstaplare
Till balstaplaren kommer enskilda balar in för att staplas upp i två staplar. Uppstaplingen sker med hjälp av en gaffel vars rörelse sker med hydraulik. Varje stapel består av fyra balar, där de två staplarna tillsammans bildar det tidigare nämnda balpaketet. Den första stapeln väntar då en bit bakom balstaplaren på att den andra stapeln ska färdigställas för att sedan tranporteras vidare till nästa operation. Figur 11 visar pågående operation av uppstaplingen.
Figur 11. Balstaplaren
13 2.3.8 Enhetsbindare
Den sista enhetsoperationen är enhetsbindningen. Balpaketet, bestående av åtta balar,
transporteras in och ut i enhetsbindaren på kedjor. Innan själva lindningen påbörjas, trycks balpaket ihop för att eliminera de luckor som finns mellan staplarna. Balpaketet trycks även ihop upp- och nedifrån för att hålla paketet på plats under bindningen. All hoppressning sker med hydraulisk kraft.
Normalt lindas balpaketet om med sju varv ståltråd. I figur 12 visas en bal under pågående operation i enhetsbindaren.
Figur 12. Enhetsbindaren
14
2.4 Styrsystem
2012 ersattes det gamla styrsystemet SattControl, till det nyare och modernare Siemens S7. De gamla I/O-korten behölls och CPU:erna ersattes med kommunikationskort som kommunicerar med det nya styrsystemet. Ingen egentlig funktionsförändring gjordes i samband med styrsystemsbytet. I princip bibehölls alla sekvenser, inklusive timing med en viss trimning.[14] Det gamla styrkonceptet gick till på så vis att varje maskinavsnitt styrdes var för sig från lokal pulpet. Operatörerna övervakade då balhanteringen via larmtablåer i kontrollrummet. Det gamla styrkonceptet behölls, men
larmtablåerna ersattes med en detaljerad operatörsstation som indikerar status och larm för processen.[15]
Det nya styrsystemet styr det mesta av balhanteringslinjen, men det finns vissa undantag där utrustningen styrs med egna styrsystem. Bindmaskinen, enhetsbindaren och skalskydden är några exempel på detta. Kommunikationen mellan dessa styrsystem sker med ett fåtal signaler och egentligen bara för att styra sekvenseringen. Den öppna styrningen är sekventiell där varje steg startar med att S7:an skickar signal till I/O:n för vald åtgärd. Den valda åtgärden kan till exempel vara att en ventil ska öppna. S7:an läser sedan av en svarssignal för att uppfatta att åtgärden har utförts varefter nästa instruktion utförs. [15]
S7:an implementerades med PCS7 som bland annat innehåller ett bibliotek med färdiga funktionsblock och ett interface över processen för operatörerna. Nedan i figur 13 visas PCS7:s interface för balhanteringslinjen.
Figur 13. Operatörernas överskådliga bild för balhanteringslinjen i PCS7
Till skillnad mot vanlig PLC-programmering, levereras ett färdigt bibliotek för funktionsblock tillsammans med PCS7. Detta bibliotek kallas för CFC(kontinuerliga funktionsblock), som innehåller färdiga funktionsblock som har stora fördelar jämfört med vanlig PLC-programmering. I PCS7 ingår även SFC(sekventiella funktionsblock) som är sekvenseringsprogrammet för programmeringen av CFC. Varje enskild enhetsoperation som innehåller en rad sekvenser består av ett sådant
sekvenseringsprogram, så att dess sekvens enkelt kan följas och eventuellt felsökas. Sekvenseringen
15
kan ses direkt i interfacet för PCS7 och på så sätt kan operatörerna få en tydlig bild över balarnas nuvarande status. Den gamla styrningen var inte alls så strukturerad som den nya och det mesta av programmeringen var textbaserad och inte blockbaserad. Det är därför avsevärt enklare att felsöka i det nya systemet. [15]
Det nya operatörsinterfacet ger en klar överblick av processen, men även en noggrannare och tydligare larmlista. Om exempelvis ett fel uppstår eller ett skalskydd utlöses ute vid
balhanteringslinjen, så får operatörerna genast indikation på larmets källa. När ett larm uppstår, så stoppas den orsakande enhetsoperationen och dess omgivande zon. Operatörerna måste då gå ut till utrustningen och lösa problemet för att sedan styra maskinen manuellt tills att den återtagit sin rätta position. [15]
Programmet är uppbyggt med olika exekveringstider, där den med lägst exekveringstid har högst prioritet. Exekveringstiderna kan väljas från tio millisekunder och långsammare. Desto lägre val för exekveringstiden, desto snabbare arbetar processorn. Styrsystemets processor ligger idag på ungefär 70 procent av dess maximala belastning. Gränsen som ej bör överskridas är satt till 75 procent. I och med detta kan ej några större förändringar i programmet göras, som kräver högre processor-
hastighet. [15]
16
3. Litteraturstudie för val av metodik
För att hitta lämplig metodik för systemanalysen gjordes en litteratursammanställning. Syftet var att hitta en metod som strukturerade upp analysen och processen på ett lättöverskådligt sätt. Vald metodik skulle sedan appliceras på data från underhållssystemet och processen.
3.1 Strukturerad analys
Den strukturerade analysen ses som ett grundläggande verktyg för systemanalysen. [12] Systemet modelleras upp med hjälp av tre diagram: dataflödesdiagram, enhetsförhållande-diagram och tillståndsövergångsdiagram. Dataflödesdiagrammet representerar systemet ur en statisk
(tidsoberoende) synvinkel och består av processer, flöden och lager. Genom denna uppbyggnad fås en överblick över hur ingångsdata övergår till utgångsdata i de olika processerna.
Dataflödesdiagrammen kan struktureras upp på olika nivåer för att få systemet övergripande.
Enhetsförhållande-diagrammet specificerar och organiserar upp data från flödesdiagrammen.
Tillståndsövergångsdiagrammet representerar systemet ur ett dynamiskt (tidsberoende) synsätt och beskriver processernas olika tillstånd, där övergångarna mellan tillstånden sätts upp med olika villkor och handlingar. Den strukturerade analysen skapar en förenklad bild av systemet genom sin
hierarkiska uppbyggnad av nivåer för diagrammen. I och med detta kan stora komplexa system analyseras, samtidigt som det blir lättöverskådligt. Nackdelen med den strukturerade analysen är att den statiska och dynamiska delen är separerade från varandra. [13]
3.2 Objektorienterad analys
Den objektorienterade analysen(OOA) är ett mycket populärt tillvägagångssätt för att analysera olika typer av system. Under 1990-talet fanns det en hel del konkurrerande metoder för objektorienterad modellering. [3] Författarna för objektmodelleringsteknik, objektorienterad analys och design och objektorienterad programvaruvetenskap slog därför ihop sina metoder och skapade ett gemensamt språk. Det nya standardiserade språket och den nya modelleringsmetoden fick namnet UML och är en notation. [13] En notation är ett uttryck för hur man beskriver analysen och resultatet för andra.
[7] UML är en samling av metoder och diagram som används vid olika typer av aspekter. De olika diagrammen som används är klassdiagram, tillståndsdiagram, aktivitetsdiagram, sekvensdiagram, sammarbetsdiagram, användningsfalls-diagram, komponentsdiagram och spridningsdiagram. De statiska verktygen här är klass-, komponent- och spridningsdiagram, medan de dynamiska verktygen är tillstånds-, aktivitets- och sekvensdiagram. Tack vare den mängd diagram som UML innehåller, gör metoden sig lämplig för alla typer av system. Nackdelen med UML är dock att den hierarkiska uppbyggnaden saknas och relationen mellan diagrammen saknas. [13]
Falessi & Cantonne beskriver objektorienterad analys som den mest tillämpade världen över. De jämför objektorienterad analys med den strukturerade analysen, Structured Analysis and Design Teqhnique(SADT), och hävdar i motiveringen till valet av SADT, att de egentligen inte tror att den tekniken kan konkurrera med OOA. De nämner dock att SADT ändå i stor utsträckning används av företag och skriver att metoden har varit en milstolpe i den senaste tidens analys och design av programvara. De anser vidare att det inte finns tillräckligt mycket empiriskt bevis rörande för- och nackdelar med objektorientering versus andra paradigmer i olika faser av utvecklingsprocesser inom programvara. De presenterar därför en studie som jämför tiden det tar att analysera ett
datahanteringssystem med en objektorienterad teknik, med tiden det tar att göra det med en
17
strukturerad teknik. Studien syftar till att analysera effekterna av teknikerna vid mjukvaruanalys, både från grunden och för förbättring av underhåll. Den empiriska studien som de genomför tar hänsyn till både kontrollerade och okontrollerade experiment med masterstudenter. Resultatet av undersökningen visade inte på några betydande skillnader mellan teknikerna tidsmässigt. De säger sig dock ha funnit två framstående tendenser rörande objektorientering, varav den ena är att OO är mer känslig för föremålets egendomligheter. Den andra är att OO har förmågan att tillhandahålla fördelar gällande återanvändning av källkoder redan på analysnivån. Då ett sådant resultat berör en en-timmes förbättring av underhållet så tror Falessi & Cantonne sig kunna förvänta sig betydande fördelar av att använda objektorientation i större utbyggnader.[4]
3.3 Processorienterad analys
Weber Martin et al. skriver i sin artikel om hur de utvecklade sin egen metod, Processorienterad analys (POA), i jakten på en metod som grafiskt kunde beskriva komplexa system. POA använder två diagramtyper, statiska respektive dynamiska. Systemets beteende beskrivs i det dynamiska
diagrammet, vilket även leder till programmering av simulationer och styrkontroller, medan de statiska diagrammen visar systemets struktur som flöden och processer. [5]
POA är enligt Weber Martin et al. en metod som kan användas för många syften, bland annat för att guida studenter genom projekt och systemanalyser, samt för konsulter vid analys av svaga punkter i en produktion eller i ett företag. Steg-för-steg proceduren och de bestående relationerna mellan diagramtyperna möjliggör enligt Weber Martin et al. en enkel och entydig uppställning och ett lika enkelt utförande av projekt. Då metoden tillämpades i utbildningssammanhang och projekt som inkluderade studenter visade det sig att de första resultaten, uppnåddes redan inom några veckor.
Weber Martin et al. betonar att POA:s styrka är att enkla och komplexa processer kan analyseras samtidigt på ett statiskt och ett dynamiskt sätt. De skriver även att projekt och fallstudier har tydliggjort att POA är applicerbart i alla produktionssituationer. [5]
Weber Martin et al. beskriver även övriga fördelar med POA och nämner då bland annat att metoden erbjuder övergripande verktyg som betonar vikten av produktionens gränsyta, ekonomi- och
energianalys samt kodgenerering. De skriver även om hur metoden gör att presentationen blir visuellt tillfredsställande med ett ”fullfärgat” format och en lättläst stil; faktorer som enligt dem tilltalar studenters lust att lära. [5]
3.3.1 Statiska verktyg
Det statiska synsättet av ett produktionssystem visar den funktionella kartläggningen av systemet genom processer, såväl som resurser och informationsflöden. Den statiska modellen kallas för ett flödesdiagram. Det skildrar vad som händer inom ett system, vilka aktiviteter som utförs och specificerar var och hur vilken inmatning blir transformerad till vilken utmatning. Diagrammen är hierarkiskt strukturerade på flera detaljnivåer, precis som den strukturerade analysen, vilket enligt Weber Martin et al. möjliggör djupa analyser av komplexa system med ett flertal ”delsystem”. [13]
Förutom flödesdiagrammet så inkluderar de statiska analysverktygen för POA dessutom
värdeflödesdiagram och resursflödesdiagram. Båda diagrammen är baserade på flödesdiagrammet, men innefattar kalkyleringar. Värdeflödesdiagrammet innehåller pengamässiga värdeskalkyleringar av resurser och informationsflöden. Resursflödesdiagrammet introducerar energi och miljömässiga kalkyleringar för de specificerade resursvärdena. [13]
18
Som komplement till det statiska synsätten erbjuder POA även verktyg för dynamisk modellering.
Den dynamiska modellen är baserad på den statiska modellens struktur. I POA är länken från den statiska till den dynamiska modellen definierad med konsekventa regler. Denna väldefinierade länk formar en av POA:s huvudstyrkor. Inom andra metoder hålls statiska och dynamiska verktyg separata. De statiska verktygen används så främst till planering och de dynamiska verktygen främst till programkodning. Meyer et al. hävdar dock att de båda komponenterna behöver vara
sammanlänkade för att stödja bästa tillgängliga ingenjörsteknik. [13] Prima anser även att den dynamiska delen bör ha en sammankoppling med den statiska delen. [18]
3.3.2 Dynamiska verktyg
Det grundläggande dynamiska diagrammet är ett tillståndsdiagram. Det introducerar den
beteendemässiga synen av ett produktionssystems funktion. Det specificerar sekvensen av tillstånd och under vilka villkor tillstånden förs in och gör inträde. För att bryta ner ett komplext system kan ett tillståndsdiagram även det vara detaljerat hierarkiskt på olika nivåer. [13]
De dynamiska analysverktygen består förutom tillståndsdiagram även av simuleringsmodeller och styrkontroller i realtid. Tillståndsdiagrammet kan sättas direkt in i kod för ett simuleringsprogram eller en styrkontroll för en maskin eller en produktionskedja. Genom att basera tillståndsdiagrammet på ett flödesdiagram blir resultatkoden lätt att förstå, välstrukturerad och försvarbar, samt lätt att upprätthålla. [13]
3.3.3 För- och nackdelarna med verktygen
De statiska verktygen är, vilket tidigare nämnt, tidsoberoende. Det är de statiska strukturerna som bygger upp systemet och de är konstanta. Detta innebär att man ej tar hänsyn till förändringar i tid.
De dynamiska verktygen är däremot tidsberoende och används för system där förutsättningarna ändras eller där systemet är beroende av de tillstånd som det befinner sig i. Det syftar alltså på hur systemet fungerar vid ett givet läge. [8] Ett flödesdiagram kan dock göra det lättare att förstå ett arbetsflöde och skapar en gemensam bild för allt som befinner sig i flödet. Det kan visa oväntade problemområden, flaskhalsar och väntesituationer som behöver granskas närmare. [9]
Som exempel på de dynamiska verktygen, så har exempelvis en simuleringsmodell enligt Banks et al.
många fördelar:
- Flaskhalsar kan identifieras.
- Tydligare förståelser för vilka variabler som påverkar varandra kan uppnås.
- Ny design av utrustning kan testas utan att investeringar krävs.
- En simuleringsmodell visar hur systemet faktiskt fungerar, till skillnad hur man tror det beter sig.
Banks et al. hävdar även att det finns några nackdelar med simulering:
- Uppbyggnaden av en simuleringsmodell kräver utbildning och mycket träning.
- Uppbyggnaden av simuleringsmodellen kan vara tidskrävande.
De menar också att om det finns möjlighet att lösa problemen analytiskt och med sunt förnuft, så är det ett lämpligare tillvägagångssätt. [6]
19
3.4 Val av metod
Metoden jag valde att tillämpa utifrån litteraturstudien, var den processorienterade analysen med huvudsaklig användning av de statiska verktygen. Då inga större skillnader i resultat kunde ses mellan den strukturerade analysen och den objektorienterade analysen för tiden det tog att analysera, så föll valet på den processorienterade analysen relativt enkelt. Den processorienterade analysen innehåller, vilket tidigare nämnts, den strukturerade analysens fördelar med avseende på dess hierarkiska uppbyggnad i nivåer, vilket den objektorienterade analysen inte tar hänsyn till. I och med att jag skulle hitta ett sätt som strukturerar upp processen på ett bra sätt, så kändes en hierarkisk uppbyggnad helt rätt. Till skillnad från den objektorienterade paradigmen med UML som notation använder sig POA endast av två diagram för beskrivning av den dynamiska och statiska delen.
Dessutom är det en tydlig relation mellan det dynamiska och det statiska diagrammet för POA, till skillnad mot den strukturerade analysen. I litteraturen jag studerade, framgick det även att den process orienterade analysen hade använts lyckosamt av andra studenter.
20
4. Metodik
Många av de metoder som beskrivs i litteraturen för att göra en systemanalys, liknar varandra och innehåller liknande komponenter. I detta arbete har den processorienterade analysen med huvudsaklig användning av de statiska verktygen varit utgångspunkten, men ett stort element av sunt förnuft har även applicerats.
Arbetet delades in i tre delar:
• Datainsamling – Där information samlades in. Datainsamlingen låg som grund för systemanalysen, där varierad data undersöktes på respektive diagram-nivå i POA.
• Systemanalys – Där verktygen från POA applicerades på hela processavsnittet.
• Analys av emballagemaskinen – Utifrån systemanalysen av hela processavsnittet
identifierades emballagemaskinen som mest kritisk och en noggrannare analys av denna gjordes.
21
4.1 Datainsamling
4.1.1 IntervjuerUnder planeringen av projektet sattes en vecka upp för intervjuer med operatörerna i flingtorken.
Tanken var att samla information om vad dem ansåg vara flaskhalsar och svaga punkter ute i
anläggningen. Under den planerade veckan intervjuades två av de totalt fem skiftlagen. Skiftlagen var dock inte alls eniga om var de största problemen fanns. En intervju under samma vecka skedde även med mekanikern Bosse Högberg. Thomas Nyman, processautomationsingenjör, har även han framfört sina teorier om problem som uppstår. I nedanstående tabell visas en sammanställning av problemen som nämndes under intervjuerna.
Tabell 2. Sammanställning av problem från intervjuerna[15-17]
Utrustning Utrustningsbeskrivning Problem Förekommande Referens
FT.108FC(1-6)
Fotocellerna i stupen vid plattpressarna för
indikering av massanivå.
När pappersmassan lastas in via fördelningsspjället så reagerar ibland fotocellerna på att pappersfluff fäster sig på fönstret. Fotocellerna tror då att schaktet är fullt när det i själva verket inte är det.
Detta leder till att operatörerna måste sopa av fönstret för att fotocellerna ska kunna läsa av rätt nivå.
Sällan Skiftlag B & C
441A007 Stämpelmaskinen
Maskinen vibrerar kraftigt vissa tillfällen på grund av markvibrationer från emballage- och vikmaskinen.
Detta betyder att bläcket blir oläsligt på vissa paket. Sällan Thomas & Bosse
441A001 Balpressen
Balen fortsätter inte förrän stämpeln är helt uppe.
Det är ej programmerat att den ska göra det, men de hävdar att man skulle vinna tid om man skulle ha det på detta viset. Betraktas ej som ett fel!
Alltid Thomas & skiftlag C
441A002 Emballagemaskinen
Kniven som skär pappret har vid ett antal tillfällen inte gått ända fram och har därför inte klippt pappret som den ska. Den står på så sätt även i vägen när nästa pappersinmatning ska börja.
Sällan Bosse
Problem även när pappret ska åka igenom springan på valsen som drar upp pappret. Pappret bommar ibland denna springa på grund av att valsen ställer sig i fel läge. Valsen ska stå helt horisontellt.
Ofta Bosse & skiftlag B
Problem med för mycket utrullning med en ny rulle, då rullen får mer eftersläpning på grund av dess vikt.
I och med att emballagerullens vikt ändras under tidens gång, så ändras även friktionen. Detta löser operatörerna genom att lägga papper mellan rullens stång och glidytan. Detta betyder att
emballagemaskinen hela tiden måste hållas under uppsyn för att friktionen ska justeras rätt.
Ofta Bosse & skiftlag B
441T007 →
441T006 Transport mellan T007 och T006
Speciellt trögt är det när transportvagnen ska hämta balar från T007, eftersom att då står vagnen och väntar ganska länge innan balarna lastas över på vagnen. Tömning av lagringslinjen går också trögt.
Ofta Skiftlag C
Vågen Vågen Det tar lång tid för vissa balar att vägas. Ofta Skiftlag C
Ständig kontakt med operatörerna hölls under arbetets gång, vilket ledde fram till att även skiftlag E framförde sin teori kring emballagemaskinens trasselproblem. De hävdade att valsen som matar fram emballagepappret slirar mot pappret vid frammatning. I och med detta, hinner pappret ej gå igenom valsen helt innan upprullningen startas. Detta leder till att pappret ej följer med upp.[17]
Thomas Nyman hade även han en annorlunda teori om varför pappret ibland bommar valsen. I och med att emballagerullens radie minskar när rullen börjar ta slut, så får pappret även en kraftigare böjning. Detta leder till att pappret missar valsens springa. Thomas ansåg även att det hade blivit
22
sämre för åkvagnen att hämta balar vid lagringslinjen, vilket tyder på att balhanteringslinjen går saktare än vad den har gjort tidigare.[15]
Intervjuerna gav en bra inblick över vad man skulle kunna titta närmare på, där speciellt
emballagemaskinen verkade vara en stor falskhals. Dock fanns ej bevisen för de största flaskhalsarna här, vilket gjorde att många andra datainsamlingsmetoder tillämpades.
4.1.2 Loggning
En stor del av all datamängd som samlades in hämtades med hjälp av loggsystemet Dewetron i dess programvara DEWEsoft. Loggsystemet kopplades upp via utsignalerna på den intressanta
utrustningen. I och med detta kunde exakta cykeltider analyseras. Loggsystemet, som har tio kanaler för mätning upp till 1000 volt, användes flitigt varje dag under datainsamlingsperioden. Loggningen var en väldigt tidskrävande fas, då en hel del utrustning undersöktes under cykeltidsanalysen.
Loggningen utfördes även under olika dagar, så att eventuell spridning av tider kunde upptäckas, som exempelvis skulle kunna bero på växlande oljetemperaturer. Med hjälp av loggningen kunde
systemets beteende lätt överskådas. Anledningen till att cykeltiderna analyserades var för att de maximala produktionshastigheterna på så sätt blev kända för respektive enhet. Cykeltidsanalysen skulle på så vis visa vart den största flaskhalsen låg ur ett kapacitetsperspektiv.
4.1.3 Underhållsdata
All underhållsdata för flingtorken lagras på företagets egen sida, underhållsportalen. I
underhållsportalen kunde de totala kostnaderna och antalet arbetsordrar lätt överskådas. På så vis kunde en klarare bild skapas för vilken utrustning som hade många problem. En utrustning med många underhåll ses egentligen som en väldigt stor flaskhals både ur ett kostnads- och
tillgänglighetsperspektiv, men även ur ett kapacitetsperspektiv. I nedanstående figur visas hur underhållet kan påverka kapaciteten för en månad. Programmet som bilden är tagen i heter proTAK och är en elektronisk loggbok för hela anläggningen.
Figur 14. Kapacitetsnivå för april månad
23
I figur 14 visas hur ett oplanerat stopp, som resulterar i underhåll, påverkar den totala kapaciteten under en månad. Stoppet med röd ring är ett exempel på oplanerat stopp och stoppet med svart ring är ett planerat stopp på grund av annan avdelning. Antalet oplanerade stopp under den här månaden var fem stycken vilket resulterade i att elva timmars produktion gick bort. Detta skulle motsvara en kapacitet på 123 ton, eftersom produktionshastigheten i snitt den här månaden låg på 11,2 t/h. Om dessa oplanerade stopp ej hade förekommit, så skulle produktionen under den här månaden vara 8179 ton istället för 8056 ton. På så sätt skulle kapaciteten öka till 11,36 t/h. Detta skulle dock endast ha betydelse om man skulle vilja köra flingtorken under en hel månad utan planerade stopp.
4.1.4 Egna observationer
Bortsett från datan som samlades in från intervjuerna, underhållet och loggningen, så gjordes även egna observationer. Utifrån de egna observationerna som gjordes under datainsamlingen, beslutades att inte någon närmare analys skulle utföras på balstaplaren och enhetsbindaren. Under
observationen kunde man se att balstaplaren hade gott om tid på sig att färdigställa sin sekvens före nästkommande bal anslöt enheten. I och med att balarna staplas i balstaplaren, så dröjer det lång tid mellan att varje balgrupp binds i enhetsbindaren. Slutsatsen man kunde dra från detta var att balstaplaren och enhetsbindaren inte är lika tidskritiska som de andra operationerna är. Ett larm i exempelvis enhetsbindaren skulle ge längre tid för åtgärdandet av problemet. Mellan bindmaskinen och balstaplaren så skulle även många transportörer kunna fyllas, utan att lagringslinjen påverkas.
Som hjälp för observationen användes även en kamera som monterades upp på den intressanta platsen. Med hjälp av kameran kunde man få en lättare översikt över hur systemet betedde sig vid olika tillfällen.
24
4.2 Systemanalys
Flödesdiagrammen ritades upp med en hierarkisk uppbyggnad på totalt tre nivåer, se figur 15, och till min hjälp använde jag boken ”Process oriented analysis” vars metod är utvecklad av Meyer et al.
[13]Utifrån diagrammen gjordes beslut för vad som var intressant att titta på vid varje nivå. En slutsats kunde sedan dras utifrån analyserna på de olika nivåerna, som skulle beskriva vilken enhet som var intressant att titta på för en fortsatt analys för den valda enhetsoperationen med störst flaskhals. Flödesdiagrammen ritades upp i programmet Microsoft Visio.
Figur 15. Hierarkiska uppbyggnaden över balhanteringslinjen
Värdeflödesdiagrammen tillämpades på ett liknande sätt som beskrivs i boken. Istället för insättning av kostnader, så undersöktes processernas produktionshastigheter med hjälp av en cykeltidsanalys, då tid ses som pengar inom produktionen. En underhållsanalys gjordes även för första nivån i flödesdiagrammet. Underhållsanalysen skulle på så vis beskriva var den största flaskhalsen, både ur ett tillgänglighets- och kapacitetsperspektiv, ansågs vara. Den enhet som ansågs vara störst flaskhals i underhålls- och cykeltidsanalysen undersöktes därmed mer i detalj för identifiering av problemen till flaskhalsen. Det dynamiska tillståndsdiagrammet gjordes även för den valda enheten för beskrivning av dess sekvensförlopp. Med hjälp av detta skapades en tydlig uppbyggnad av sekvensen för den valda maskinen och diagrammets sekvenser kunde därmed förstås på ett enklare sätt.
Anledningen till att jag inte valde att gå vidare med exempelvis en simuleringsmodell var tidsbrist; då jag har haft fullt upp. Det tog dessutom lång tid för mig att komma igång och hamna på rätt spår med litteraturstudien. Då jag sett andra göra sådana simuleringsmodeller har de oftast varit två och alltså arbetat tillsammans, eller haft mer tid på sig. Flödesdiagrammen kände jag att jag behövde göra för att beskriva processen på ett bra sätt och jag ansåg att en statisk analys skulle leda fram till ett resultat av var flaskhalsen/flaskhalsarna skulle finnas.
Balhanterings- linjen
1. Pressa massa
1.1 Plattpressa
bal 1.2 Balpressa bal
2. Paketera bal
2.1 Väga bal 2.2 Emballera
bal 2.3 Stämpla bal 2.4 Vik papper 2.5 Bind bal 2.6 Vänd bal 3. Skapa
balgrupp
25 4.2.1 Nivå 0
Nivå 0, avgränsningsdiagrammet, beskriver vilken del av flingtorken som undersöktes. Som tidigare nämndes, så sattes begränsningen till att balhanteringslinjen skulle undersökas. Diagrammet för nivå 0 visas i figur 16 nedan. De fyrkantiga grå rutorna beskriver de delar av flingtorken som inte
undersöks och den gröna boxen med runda kanter beskriver vilket system som undersöks.
Flödesdiagrammen består av processer och flöden. Processerna är de gröna boxarna och flödena är de svarta pilarna som går mellan processerna. Processen beskriver vilka delar som inkluderas och flödena beskriver vilket tillstånd pappersmassan/balen befinner sig i mellan processerna.
Figur 16. Avgränsningsdiagrammet
En övergripande analys gjordes på denna nivå över underhållsdatan för flingtorken. Tanken var att se vilken utrustning som det hade utfärdats mest underhåll på under den undersökta perioden, men även hur stor underhållskostnaden hade varit för den aktuella utrustningen. Underhållsdatan samlades in från underhållsportalen.
26 4.2.2 Nivå 1
Denna nivå gjordes för att dela in balhanteringslinjen i mindre delar och fungerade som ett stöd för nivå 2 så att analysen på dess nivå skulle bli lättare. Figur 17 nedan visar nivå 1 för
balhanteringslinjen, som även beslutades för att kallas processteg.
_____________________2
Paketera bal _____________________
Våg, emballagemaskin, stämpelmaskin, vikmaskin, bindmaskin,
vändbord _____________________1
Pressa massa _____________________
Plattpress, balpress Pappersmassa.opressad
Bal.pressad
Bal.vänd
Balgrupp.bunden _____________________3
Skapa balgrupp _____________________
Balstaplare, enhetsbindare
Figur 17. Processtegen i balhanteringslinjen
Balhanteringslinjen delades in i tre processteg innehållande de olika enhetsoperationerna. ”Pressa bal” är det första steget, där alla pressenheter samlades. ”Paketera bal” är det andra steget och innehåller alla enhetsoperationer mellan balpress och balstaplare, inklusive våg och vändbord.
Anledningen till att våg och vändbord lades till bland enhetsoperationerna, var för att de hade en betydande roll i cykeltidsanalysen som presenteras under nivå 2, då även dessa har begränsad produktionshastighet. Det tredje processteget är ”skapa balgrupp” och innehåller balstaplaren och enhetsbindaren. Utifrån de egna observationerna som gjordes under datainsamlingen, så utfördes ingen närmare analys av balstaplaren och enhetsbindaren.
27 4.2.3 Nivå 2
På nivå 2 analyserades de olika enhetsoperationerna ur ett kapacitetsperspektiv med hjälp av en cykeltidsanalys. Analysen skulle på så sätt ge den maximala produktionshastigheten för respektive operation och på således vis visa var den aktuella flaskhalsen låg ur ett kapacitetsperspektiv.
Cykeltidsanalysen utfördes på processteg ett och två. Utifrån cykeltidsanalysen togs även ett sammanställt diagram fram för hur balhanteringslinjen skulle kunna se ut för teoretisk maximal produktion. Figur 18 visar det första processteget i balhanteringslinjen och figur 19 visar det andra.
Varje enhetsoperation i de olika processtegen har varsitt nummer. Exempelvis emballagemaskinen i processteg 2 har nummer 2.2, eftersom den hör till processteg två och är den andra
enhetsoperationen i processteget.
1.1 ____________
Plattpressa bal ____________
441A101, 441A201
____________1.2 Balpressa bal ____________
441A001
Pappersmassa.opressad Pappersmassa.pressad Bal.pressad
Figur 18. Enhetsoperationer för "pressa massa"
____________2.1 Väga bal ____________
441A005
2.2 ____________
Emballera bal ____________
441A002
2.3 ____________
Stämpla bal ____________
441A007
____________2.4 Vik papper ____________
441A003
____________2.5 Bind bal ____________
441A004
____________2.6 Vänd bal ____________
441T034 Bal.pressad
Bal.vägd
Bal.emballerad
Bal.stämplad
Bal.vikt
Bal.bunden
Bal.vänd
Figur 19. Enhetsoperationer för "paketera bal"
28
4.3 Analys av emballagemaskin
Både underhållsdata och cykeltidsanalysen pekade på att det var emballagemaskinen som var den stora flaskhalsen både ur ett kapacitets- och tillgänglighetsperspektiv. Även operatörerna hävdade att emballagemaskinen krånglade på många sätt och vis, vilket gav ännu en anledning till valet för fortsatt analys av emballagemaskinen. I den fortsatta analysen studerades de fel som framgick under intervjuerna, men även en analys för timingen i emballagemaskinen gjordes. För att
emballagemaskinens sekvenser skulle bli lättare att förstå och beskriva, så gjordes ett
tillståndsdiagram över hela enhetsoperationen som kan ses i bilaga 3. För varje sekvens sätts ett villkor som måste uppfyllas för att nästa steg i sekvensen ska kunna starta. Villkoret anges som ”C”
och utförandet anges som ”A”. Påverkat läge indikeras med 1 och opåverkat med 0.
Tillståndsdiagrammet beskriver automatisk styrning för sekvensen, men manuellt läge kan också väljas. Varje platsnummer som anges i tillståndsdiagrammet finns beskrivet i bilaga 2.
4.3.1 Emballagemaskinen i detalj
I och med att en djupare analys gjordes över emballagemaskinen, gjordes även en djupare förståelse för hela emballagemaskinens uppbyggnad och utrustning. Figur 20 visar en överskådlig bild på emballagemaskinen.
Figur 20. Emballagemaskinens utrustning (Ritningsarkiv, BillerudKorsnäs AB)
29
Som tillståndsdiagrammet visar i bilaga 3, så transporteras balen först in i med den längsgående transportören. Balen påverkar ett gränsläge som stoppar transportören efter inställd tid. Balen hissas upp av hisstransportören. När hissen är uppe transporteras balen ut i maskinen med hjälp av kedjor på den tvärgående transportören. Balen transporteras ut och når tillslut ett gränsläge ute på bordet.
Balen skjuts ut med bordet med hjälp av en cylinderrörelse. När bordet är nog långt ute går en vals ner för att linda om balen med papper. Figur 21 visar pågående omlindning av bal.
Figur 21. Valsen går ner och balen lindas om
Samtidigt som valsen går ner, så startar avrullningen av pappret på valsen. När valsen har nått sitt nedersta läge intar den position för ny pappersinmatning och detta gör den genom att snurra två varv för att sedan stanna i horisontellt läge. Det är denna operation som operatörerna anser vara problematisk. Pappersinmatningen sker med hjälp av hjul som roterar och detta visas i figur 22.
30
Figur 22. Valsen för pappersinmatningen
Samtidigt som pappersinmatningen påbörjas, så skjuts bordet med balen tillbaka för intransport.
Mängden papper som matas in bestäms av en pulsgivare som även den kan ses i figur 22 ovan. Efter ett visst antal pulser stoppas inmatningen av pappret. Valsen för emballeringen börjar även den rulla på pappret efter ett visst antal pulser för matarvalsen. När pappersinmatningen har stoppats går valsen upp med pappret och valsen fortsätter rotera på pappret tills den uppnått ett visst antal varv.
När valsen har nått sitt översta läge skjuts bordet tillbaka igen och är på så sätt redo för nästa bal.
När bordet är på plats, så skärs pappret av med hjälp av en slags kniv som visas i figur 23 nedan.
Sekvensen är på så sätt avslutad och nästa bal kan transporteras in.
Figur 23. Kniven för pappersklippningen
31 4.3.2 Övrigt
När emballagerullen är tom, så byts den ut mot en ny rulle med hjälp av en travers.
Emballagemaskinen kan vara uppsatt med två emballagerullar samtidigt för att kunna paketera balarna med dubbelt emballagepapper. Idag lindas balarna med enkelt emballagepapper, men man har ändå den andra emballagerullen förberedd för att minska tiden för utbytet av rullarna.
Operatörerna beskrev att man lägger papper mellan emballagestången och hållaren inför varje pappersbyte. [17] Tekniken visas i figur 24 nedan. När rullen är ny, så droppas olja mellan pappret och stången för att friktionen ska minska. Tidigare fanns två kullager på vardera sida av
emballagerullen. Dessa monterades bort på grund av att rullen gick för lätt många gånger, som resulterade i för mycket pappersutmatning. [16]
Figur 24. Friktionsstyrningen för emballagerullen
För att valsen ska veta att pappret följer med upp, så har en fotocell implementerats av företaget på Gruvön. Ibland händer det att valsen inte tar med sig papper upp, vilket tidigare resulterade i att vissa balar inte fick något emballagepapper på sig. Om pappret inte följer med upp i dagens läge, så uppfattar fotocellen detta och en magnetisk säkerhetsregel utlöses. Säkerhetsregeln spärrar då valsen från att falla ner och operatörerna måste gå ut och köra sekvensen manuellt för att åtgärda problemet med pappret. Nedan i figur 25 och 26 visas fotocellen och säkerhetsregeln för
emballagemaskinen.
32
Figur 25. Fotocellen för pappersindikering
Figur 26. Säkerhetsregel i utlöst läge för valsen
33
5. Analys och diskussion 5.1 Systemanalys – Nivå 0
De tio enheterna med högst underhållskostnad sammanställdes under nedanstående diagram i figur 27. Underhållet kretsar kring flingtorkens alla platsnummer. I och med att företaget inte ville gå ut med exakta summor, så kommer dessa utelämnas i alla diagram.
Figur 27. Topp tio underhållskostnader relativt med enhetsbindare reserv mellan perioden 2013/1-2014/4
De rödmarkerade staplarna indikerar den utrustning som ansågs vara ointressant under analysen.
Detta var exempelvis enheter som låg utanför balhanteringslinjen och utrustning som låg under det tredje processteget ”skapa balgrupp”.
Den totala underhållskostnaden skulle dock kunna ge helt fel syn på systemet, då en stor kostnad på enskild arbetsorder skulle innebära en hög totalkostnad osv. På så sätt är antalet arbetsordrar viktigare att titta på, då det ger en klar inblick över vilken utrustning som krånglar mest. De tio utrustningarna som det utfärdades mest underhållsarbete på sammanställdes därför i ett diagram som visas i figur 28.
Figur 28. De tio utrustningarna med mest underhåll mellan perioden 2013/1-2014/4
Som diagrammet visar, så var det plattpressarna, balpressen och emballagemaskinen som var högst även här. En analys gjordes därför för de fyra enheterna både kostnads- och arbetsordermässigt.
10 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Relativ kostnad [%]
28 30 32 34 36 38 40 42 44
Antal arbetsordrar
34 5.1.1 Plattpressarna
Om man börjar med plattpressarna så var det intressant att kostnaden var så hög i plattpress 2 mot plattpress 1. Därför gjordes en närmare kostnads- och arbetsordersanalys om hur underhållet hade skiljt sig åt månad för månad mellan de olika plattpressarna. En jämförelse mellan de olika
plattpressarna visas i figur 29 och 30 nedan.
Figur 29. Totala underhållskostnader för plattpress 1 och 2 mellan perioden 2013/1-2014/1 relativt till november månad för plattpress 2
Figur 30. Totala antalet arbetsordrar för plattpressarna mellan perioden 2013/1-2014/1
I figur 29 kan man tydligt urskilja att plattpress 2 hade höga underhållskostnader under tre specifika månader utan att det hade förekommit så många arbetsordrar under dessa månader. De tre månaderna undersöktes och orsaken var att byte av slitlist hade förekommit under april och
november månad. Under januari månad hade även en reparation av hydraulmotorn utförts. Inget av dessa fel ansågs vara intressant för min analys, dock kunde man ställa sig frågan varför utrustningen på plattpress 2 verkade slitas mer, i och med alla arbetsordrar som förekom. En orsak till detta skulle
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Relativ kostnad [%]
Plattpress 2 Plattpress 1
0 1 2 3 4 5 6 7
Antal
Plattpress 2 Plattpress 1
35
kunna vara att plattpress 2 är mer prioriterad än plattpress 1. Operatörerna nämnde att plattpress 1 bara går med 11 t/h och plattpress 2 med 14 t/h av okänd anledning[17]. Plattpress 2 körs därför med högre hastighet än vad plattpress 1 gör. En undersökning gjordes även för hur mycket varje plattpress hade varit igång under det senaste året. Detta gjordes med hjälp av data från winMOPS, som är ett grafiskt användargränssnitt för anläggningen. I winMOPS kunde man enkelt se hur plattpressarnas status varierade minut för minut under 2013. Ett medelvärde togs då ut för vardera plattpress, där produktionsnivån i procent för de bägge plattpressarna visas i figur 31.
Figur 31. Produktionsnivån för plattpressarna 2013
Som diagrammet visar, så användes plattpress 2 lite mer än plattpress 1. Det intressanta skulle dock vara mängden pappersmassa per arbetsorder och underhållskostnad per massa för de båda
plattpressarna, eftersom det skulle ge en tydligare bild för vilken plattpress som slits och underhålls mest och detta visas i figur 32 och 33 nedan.
Figur 32. Ton massa per arbetsorder för de två plattpressarna 49
50 51 52 53 54 55
Plattpress 1 Plattpress 2
Produktionsnivå [%]
0 500 1000 1500 2000 2500
Plattpress 1 Plattpress 2
Ton/arbetsorder
36
Figur 33. Underhållskostnad per ton massa för de två plattpressarna relativt med plattpress 2.
De båda diagrammen visar tydligt att plattpress 1 kan producera mer massa innan ett underhåll utförs för enheten. Samtidigt kostar plattpress 2 dubbelt så mycket för varje ton massa den
producerar. Dock går som sagt plattpress 2 med högre hastighet än plattpress 1 och det kan mycket väl vara anledningen till att mer underhåll görs på den. Som jämförelse sliter det mindre på däcken på en bil som kör i 10 km/h än en bil som kör i 100 km/h.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Plattpress 1 Plattpress 2
Relativ kostnad per ton massa [%]
