NIEUWE GENERATIE VERPAKKINGSMACHINES VOLGENS I4.0

Scaldopack ontwikkelde machines met meer dan veertig geavanceerde servodrives

Met de OCTO-1 heeft Scaldopack in Marke een nieuwe generatie machines ontwikkeld voor de productie van zelfstaande, flexibele verpakkingen. Meer dan veertig geavanceerde servodrives zorgen voor een hoge performantie en betrouwbaarheid. De doorgedreven digitalisering toont wat Industry 4.0 in de praktijk kan betekenen.

POUCHPRODUCTIE

Pouches (zelfstaande, flexibele verpakkingen) worden steeds populairder voor de verpakking van vloeibare voedingsproducten zoals drankjes en soepjes. De verpakkingen zijn ecologisch interessant omdat ze weinig materiaal gebruiken en gemakkelijk recycleerbaar zijn. Tegelijk kunnen ze toch mooi worden gepresenteerd in winkelrekken en een duidelijke marketingboodschap uitdragen. De productie van dit type verpakking is iets minder vanzelfsprekend. Toen Harald Saelens, zaakvoerder van Scaldopack, een paar jaar geleden op zoek ging naar een geschikte machinebouwer om voor dit type verpakking productiemachines te bouwen, werd hij al snel geconfronteerd met de beperkingen van de mechanische en pneumatische aandrijvingen die in de sector nog steeds gangbaar zijn.

“In de voedingssector is de impact van fouten de laatste jaren sterk toegenomen", meent Saelens. “Recalls brengen niet alleen hoge kosten met zich mee, maar kunnen ook ernstige imagoschade veroorzaken. Daarom wilden we een machine ontwikkelen die zeer precies en betrouwbaar is, maar dat bleek met de klassieke aandrijvingen moeilijk te realiseren."

In Beckhoff Automation vond Scaldopack een partner die zich engageerde om mee te werken aan de ontwikkeling van een nieuwe generatie verpakkingsmachines voor pouches. Drie jaar later is de eerste machine bijna klaar voor levering aan een klant. Scaldopack zelf is intussen geëvolueerd van een verpakkingsspecialist naar een gespecialiseerde machinebouwer. De specialisatie: digitalisering à la Industry 4.0.

PARTNERSHIP MET KLANTEN

Om die digitalisering meteen duidelijk te maken: voor elke verpakking die de machine produceert, worden er maar liefst 4.000 meetwaarden opgeslagen in een databank. De instellingen van de machine zelf zitten ook in een databank die bij de start van elke productierun wordt geraadpleegd. De machine is hierdoor in staat om zichzelf grotendeels automatisch om te stellen. Zoals het past in Industry 4.0 echter, gaat het concept nog verder, want de digitalisering maakt een nieuw soort van samenwerking tussen de machinebouwer en zijn klanten mogelijk.

“Wij kunnen de data van onze klanten analyseren en op basis daarvan optimalisaties doorvoeren", zegt Harald Saelens. “De nieuwe parameters komen in de databank, waardoor ze automatisch overgenomen worden door de machine, zonder dat de klant hiervoor iets moet doen of zijn productie moet onderbreken. Ook als er nieuwe producten zijn, kunnen we de processen bij ons voorbereiden en testen, zodat de machine bij de klant onmiddellijk met de nieuwe, optimale instellingen aan de slag kan. We willen niet zomaar een machine afleveren, maar wel een partner zijn die onze klanten helpt om goede producten af te leveren."

“Beckhoff heeft een belangrijke rol gespeeld om dat mogelijk te maken", zegt Wouter Malfait, sales- manager bij Scaldopack. “Zij leveren niet alleen de componenten, maar hebben ons ook geholpen om onze ideeën in de praktijk te brengen."

Door de specifieke benadering van Scaldopack worden de prestaties van de machine voor een groot deel bepaald door de software. Kimjan Logie, die instaat voor de programmatie, werkte al eerder met Beckhoff apparatuur en heeft goede contacten met het supportteam van de leverancier.

“In België werken 6 van de 18 mensen bij Beckhoff in de support. Daarbij staan we open voor vragen van klanten, en doen we er alles aan om mee te denken over de realisatie van hun projecten. Een deel van de software voor deze machine is door ons speciaal voor hen ontwikkeld." zegt Ronny Noynaert, salesengineer bij Beckhoff.

“Het is dit soort samenwerking dat we ook aan onze klanten willen aanbieden", zegt Wouter Malfait.

ELKE PRODUCTIESTAP GECONTROLEERD

De naam OCTO dankt de nieuwe verpakkingsmachine aan haar vorm. De acht zijden nemen elk een stap in de productie van de pouches voor hun rekening. De machine is modulair opgebouwd zodat bepaalde stappen later snel en efficiënt aangepast kunnen worden aan nieuwe producten. Ook hierin speelt de servicebenadering van Scaldopack een rol, want de fabrikant kan nieuwe modules kant-en-klaar aanleveren, waarna de software van de machine automatisch de nodige parameters kan opvragen.

Het uitgangspunt voor de productie van pouches zijn plastic zakjes die door een kunststofverwerker al aan drie zijden zijn geseald. De OCTO-1 moet die zakjes grijpen, openen en er een spout op sealen. Om dat heel nauwkeurig te doen, telt de machine maar liefst 43 servogestuurde assen. Het is omwille van die aandrijftechnologie dat Scaldopack voor Beckhoff Automation heeft gekozen.

Harald Saelens: “De drives stellen ons in staat om elke beweging heel precies aan te sturen, maar nog belangrijker: ze geven ons feedback over wat er gebeurt in de machine. Elke stap wordt heel precies gecontroleerd en bijgestuurd. Bij het opnemen van een zakje wordt de exacte positie met fotocellen gemeten. Wanneer later de spout geplaatst en geseald wordt, wordt de positionering aangepast aan de positie van het zakje, zodat we zeker zijn van een perfecte las. Zo worden in elke stap een hele reeks parameters gemeten die het mogelijk maken om de kwaliteit te controleren, of die als input dienen voor de volgende stappen."

De meest geavanceerde toepassing van dit principe zit in het lasproces. De servo's die dat proces aansturen, zijn uitgerust met externe, extreem nauwkeurige encoders met een resolutie tot op een paar tienden van een micrometer.

“Door die nauwkeurigheid kan elke afwijking in het proces worden gedetecteerd", zegt Harald Saelens. “Wanneer de folie dubbel zit, of indien er ergens materiaal ontbreekt, merkt de machine dit op en wordt het product afgekeurd."

PROCES OPTIMALISEREN VOOR SNELHEID EN KWALITEIT

Waar de meeste verpakkingsmachines gebruikmaken van een visuele inspectie van het eindproduct om de kwaliteit te bewaken, heeft de OCTO-1 een opeenvolging van controles bij de verschillende bewerkingen. Hierdoor kan een hogere betrouwbaarheid worden gegarandeerd omdat men ook fouten detecteert die door een visiesensor misschien niet zouden worden opgemerkt. Toch wordt tegelijk ook de uitval verminderd, omdat de vele metingen de machine in staat stellen om de parameters in volgende productiestappen bij te sturen. Bovendien kunnen zakjes die in het begin bijvoorbeeld niet goed werden geopend, worden hergebruikt.

Alle meetwaarden worden per product geregistreerd in een databank. Indien de klant dat wenst, kan elk zakje een unieke code krijgen, wat een volledige tracering mogelijk maakt van de 4.000 datapunten die in het proces per product werden geregistreerd. Saelens: “De meeste data komen van het sealen. Daar worden alle posities om de twee milliseconden geëvalueerd, zodat het volledige profiel van het lasproces zichtbaar wordt. Die informatie is heel belangrijk om het proces te optimaliseren. Het sealen is bepalend voor de snelheid van de machine en uiteraard voor de kwaliteit van de verpakking. Om die reden willen we dat proces perfect beheersen en opvolgen."

Het hart van de machine is de C6925 industriële pc van Beckhoff Automation. Het realtimegedeelte van de controller levert de cyclustijd van twee milliseconden die onder meer gebruikt wordt voor de registratie van meetwaarden. Op het EtherCAT-netwerk dat de verschillende componenten met elkaar laat communiceren, draait ook de motioncontrol. Daar wordt een cyclustijd van 250 microseconden voor de synchronisatie van bepaalde assen gehanteerd.

ZEKER VAN KWALITEIT

De industriële pc in deze toepassing draait op Windows 7, met daarop het TwinCAT2-platform. In de pc-omgeving van de C6925 worden de grote hoeveelheden data die de machine genereert in CVS-bestanden samengebracht. Die worden vervolgens naar een tweede pc gestuurd die als dataserver fungeert. Het is ook in die dataserver dat de machine haar parameters voor de instellingen kan opvragen. In de toekomst is het de bedoeling over te stappen naar TwinCAT3, zodat volop gebruikgemaakt kan worden van de multicore-pc's in het gamma van Beckhoff. De aparte dataserver wordt dan overbodig, ook omdat de data over de producten zelf eventueel naar de cloud gestuurd kunnen worden voor analyse. Hiervoor zal men de uitgebreide IoT toolkit binnen de TwinCAT3-omgeving gebruiken. Deze bestaat uit IoT Communication en IoT Analytics tools. Via deze manier van werken kan men de productiekost en -verliezen verminderen en de kwaliteit verbeteren.We spreken dan over een 'smart machine'-concept, door het optimaliseren van de productiecyclustijden en van de energieconsumptie.

De parameters van de machine wil men wel lokaal bijhouden, zodat de beschikbaarheid niet afhankelijk wordt van de beschikbaarheid van internet. Die parameters kunnen perfect in de controller zelf worden opgeslagen, zeker in een multicoreomgeving waarin de pc allerlei bijkomende functionaliteit kan krijgen zonder invloed te hebben op het realtimegedeelte van de controller. Die bijkomende functionaliteit omvat dan ook de webserver langs waar men toegang tot de databank van de machine kan krijgen.

De hele benadering van de OCTO-1 is gericht op performantie, betrouwbaarheid en service. Dankzij de digitalisering maakt Scaldopack zich sterk specifieke klantenwensen op zeer korte tijd te kunnen realiseren. De engineering en bouw van de eerste machine heeft dan wel drie jaar gevergd, het concept is zo gekozen dat elke nieuwe machine zeer snel op punt gesteld kan worden. Daarnaast levert de elektrische aandrijving ook een zeer hoge performantie.

“De output van onze machine ligt veel hoger dan wat een pneumatische machine aankan", zegt Saelens. “Wij produceren 120 zakjes per minuut terwijl dat bij klassieke oplossingen slechts 40 tot 60 is. Dat op zich maakt het al mogelijk om de extra investering in geavanceerde aandrijvingen snel terug te verdienen. Bovendien vergt de machine veel minder onderhoud, wat opnieuw een besparing oplevert. De grootste winst zit in de betrouwbaarheid zodat onze klanten, die toeleveranciers van de voedingsindustrie zijn, zeker kunnen zijn van de kwaliteit van hun producten."