Выбор между машиной с одной станцией и машиной с двумя станциями для экструзионного продувного литья является одним из самых важных решений, которые принимает производитель упаковки, бытовой химии или промышленных контейнеров при инвестировании в мощности для EBM. Обе установки используют один и тот же основной процесс — пластиковый расплав экструдируется через головку зубец в виде полого трубки, называемой парисона, блокируется между двумя половинами пресса, надувается сжатым воздухом, охлаждается и выталкивается в виде полого изделия, — однако они существенно различаются по способу организации этого цикла, объему выпускаемой продукции в бутылках за час, структуре цикла, расходу энергии, занимаемой площади и эффективности использования трудовых ресурсов. В этом материале приводится полный инженерный сравнительный анализ машин с одной и двумя станциями для экструзионного продувного литья, сосредоточенный на измеряемом выпуске бутылок в час, структуре цикла, использовании энергии, занимаемой площади, гибкости инструмента и практической лексике выбора, которая помогает покупателям подобрать конфигурацию в соответствии с их ассортиментом продукции и планом развития. Компания Apollo, фабрика Wanplas с более чем 20-летним опытом в производстве экструзионного продувного литья и производством более 4000 установок, работающих в более чем 90 странах, производит обе эти конфигурации в рамках своих серий ABLB, ABLD и полностью электрической серии, поэтому приведенный ниже сравнительный анализ основывается на реальной архитектуре машин, а не на общей теории.
Что такое одностанционная и двухстанционная машина EBM
В одноканальной машине экструзионной литниковой формовки установлено одно фиксирующее устройство, один набор плотнин и один ряд формовых полостей, которые открываются и закрываются на одной оси. Экструдер непрерывно пластифицирует смолу и подает расплав через головку формообразующего устройства, образуя полуфабрикат, который опускается в открытую форму. Фиксатор закрывается, вставляется ударный шток, воздух низкого давления, а затем повышенного давления раздувает полуфабрикат против охлажденной стенки полости, деталь затвердевает, форма открывается, и готовый изделие снимается и транспортируется. В одноканальной конфигурации весь процесс заполнения, охлаждения и удаления отходов осуществляется в одном месте, а фиксатор находится в инертном состоянии – не способен принять новый полуфабрикат – в течение всего периода заполнения, охлаждения и удаления детали. Это инертное состояние является основным ограничением, с которым сталкивается данный материал, поскольку экструдер может продолжать делать расплав, но машина не может продолжать делать изделия, пока не будет завершена и удалена текущая деталь.
Станок с двойной станцией, напротив, содержит две независимые блоки фиксации на общей базе, которыми обслуживаются один или два экструдера и головки пресс-форми. Пока станция А осуществляет продувание, охлаждение и подготовку к выталкиванию, станция B получает следующую полуформу и начинает свою собстенную последовательность продувки. Две станции меняются местами, поэтому экструдер практически никогда не вынужден приостанавливать работу, когда пресс-форма закрыта. Транспортировку полуформ осуществляют подвижная рама, ротационный распределитель или вторая головка, в зависимости от конструкции станка. Концептуальная перевес заключается в том, что рабочий цикл дорогостоящих экструдеров и головок пресс-форм повышается с 55-70% на машине с одностенной станцией до 85-95% на подходящем станке с двухстанционной конфигурацией, а опять-таки полученное увеличение производительности переводится прямо в увеличение числа бутылок в час при, по сути, той же пластификационной способности.
Важно отделить количество станций от количества глаз. На машине с одной станцией может использоваться один глаз или многокамерная головка, которая сразу опускает несколько образцов в одну большую форму. На машине с двумя станциями можно использовать один глаз, который поочередно используется на обоих станциях, или два независимых глаза, каждый из которых предназначен для одной станции. Количество станций определяет, сколько форм может быть в процессе одновременно; количество глаз и камер определяет, сколько деталей производятся за один цикл. Поэтому покупатель, оценивающий выход, должен учитывать оба этих показателя вместе, и таблицы, приведенные позже в этом документе, рассматривают их как независимые переменные, чтобы сравнение было реалистичным, а не вводящим в заблуждение.
Механические последствия добавления второй станции значительны. Каждая станция нуждается в собственном устройстве зажима, направляющем валу под пресс, комплекте пружинных штифтов и системе подвода охлаждающей воды. Основа должна быть длиннее и жестче, чтобы противостоять торсионным и сгибающим нагрузкам двух движущихся валиков. Гидравлический или полностью электрический привод должен обслуживать два зажима и может потребовать более мощного энергоблока или второй сервопривода. На штемпельных машинах серии Apollo, работающих полностью на электричестве, гидравлического энергоблока вообще нет, что существенно меняет энергетический и технический аспекты, но основная геометрия помещения двух прессов остается. Понимание этой аппаратной реальности является первым шагом к пониманию, почему машина с двойной станцией стоит дороже, но часто обходится дешевле по сравнению с одноволновой машиной.
Материалы процесса в обеих версиях одинаковы. Машины Apollo обрабатывают полиэтилен, полипропилен, ПВХ, ПА, ПВС, АБС, ПС, ЭВА, ТПУ и ПЕТГ. Доминирующим пластиком для промышленных и потребительских контейнеров является ПЭВД, поскольку его плотность варьируется от 0,941 до 0,965 г/см3, скорость плавления обычно составляет 0,3-1,0 г/10 мин для гранул для методов экструзии, у пластика хорошая устойчивость к трещинам под действием окружающей среды для бутылок с моющими средствами и химическими веществами, а также оптимальное соотношение твердости и обрабатываемости. Если машина оборудована одной или двумя станциями, поведение пластика, склонность донцов к провисанию и необходимость в программируемом регуляторе толщины стенки остаются такими же; единственное, что меняется, так это то, сколько пресс-форм используют данный поток расплава одновременно.
Наконец, решение о достоинстве станции не связано только со скоростью. Машина с одноволновой станцией более проста в работе, ее легче ремонтировать, она дешевле оснащать инструментами и как правило более гибкая для неполных серий и замены продукции. Машина с двойной станцией заставляет покупателя задумываться о максимальной загрузке: она окупается лучше, если работает непрерывно на стабильных продуктах обширного ассортимента. В остальном в этой статье приведена детальная оценка сдельных уступок, чтобы решение можно было принять на основе данных, а не по привычке.
Как двухстационарная схема позволяет задействовать экструдер в свободное от работы время
Основным механизмом, обеспечивающим преимущества двойного станка, является совпадение фаз охлаждения и отводки. В цикле одностаночного процесса общие время цикла составляет сумму времени экструзии восходящего гранулята, уплотнения пуансона, выдувания, охлаждения, размыкания пуансона и удаления детали. На небольшой бутылке из ПЭВД с объемом около 500 мл экструзия восходящего гранулята может занимать от 3 до 5 секунд, в то время как охлаждение и отводка могут занимать от 8 до 14 секунд. Во время указанных секунд охлаждения и отводки экструдер продолжает плавить смолу, но в шпинделе не может приниматься новый восходящий гранулят, поэтому лепка либо оседает в головке, либо скорость вращения шпинделя замедляется. Результатом является то, что фактически полезный интервал для машин составляет лишь часть цикла, когда фактически формируется и захватывается восходящий гранулят.
Двойная станкообразующая машина структурирует цикл таким образом, что в то время как станция А находится в фазе охлаждения и выброса, станция В уже получает и надувает свой полуфабрикат. Выход экструдера переключается поочередно, а время охлаждения одной станции скрыто за активным надуванием другой. В идеальном случае ограничивающий фактор перемещается от времени простоя хватки к более медленному из двух подпроцессов: скорости экструзии полуфабриката или времени охлаждения. Для маленьких бутылок, в которых время охлаждения коротко, экструзия полуфабриката становится ограничивающим фактором, и удвоение станций примерно удваивает возможности захвата полуфабриката, что дает значительный прирост производительности. Для больших контейнеров, в которых доминирует охлаждение, прирост меньше, поскольку обе станции все еще ожидают того же длительного времени охлаждения.
Применяющимся способом визуализации этого является формула соотношения использования рабочего цикла. Если у одностороннего станка коэффициент использования захватов составляет У1, а у двустороннего – У2, то коэффициент производительности приблизительно равен У2/У1, когда экструдер является общим ограничением. Типичные значения У1 близки к 0,60, а У2 – к 0,90, что соответствует теоретическому соотношению 1,5. В реальных условиях показатели отклоняются от этого из-за задержек долива материала на станках с аккумулятором, времени перемещения транспортера и необходимости синхронизации двух станков, но направление выгоды однозначно и повторяемо на разных производственных площадках.
Особое внимание заслуживает головка аккумулятора. На машинах Apollo серии ABLD для контейнеров объемом от 20 литров до 1500 литров гидравлический или серводвигательный аккумулятор накапливает весь кусок расплава и быстро выпускает его для образования толстого полуфабриката. Продолжительность процесса заправки аккумулятора в сочетании с циклом охлаждения является недостатком. В случае с одностанционным принципом работы машина доводит процесс охлаждения и заправки аккумулятора до завершения, прежде чем приступить к созданию следующего изделия. В случае с двустанционной конструкцией аккумулятор заправляется, пока в противоположной станции охлаждается уже созданное изделие, поэтому затраты времени на заправку аккумулятора меньше, чем добавление этого времени к производственному циклу. Именно поэтому производители изделий из металла большого объема, которым требуется высокая производительность, почти всегда отдают предпочтение двустанційным конфигурациям ABLD: аккумуляторное время простоев меньше, чем простои крепежных устройств, а рекуперация этого времени дает существенные преимущества в сравнении с традиционными конфигурациями.
Важным является и дизайн передающего механизма. Двигающийся каретка, перемещающая прессформу из головки на сменные рабочие места, увеличивает время транспортировки на несколько секунд, в то время как двухголовая конструкция с одной головкой на каждом рабочем месте устраняет задержку в ущерб второй головке пресса и контроллеру толщины стены. Компания «Аполло» предлагает обе философии, и выбор между ними влияет на показатели производительности, раскрытые позднее в этом документе. Покупатели должны задавать не только вопрос о количестве рабочих станций, но и о том, есть ли на каждой из них одна головка с переменной нагрузкой или две специализированные – это второй вопрос, который зачастую объясняет большее разнообразие общих характеристик, чем число рабочих станций.
Практическим выводом является то, что двойной дизайн станции не делает экструдер автоматически более быстрым; он делает экструдер более загруженным. Для производителя, работающего со стабильными, долгосрочно востребованными SKU, вернувшийся к работе время является свободным капателем. Для производителя, работающего с множеством коротких замен, восстановительный период частично пропадает, так как станция останавливается на замену инструментов, независимо от количества станций. Соответствие задания-спроса является более важным, чем стремление достичь наивысшего показателя bph в спецификации.
Сравнение производительности по размеру контейнеров и материалу.
Выход при экструзионном литье из формов и значков наиболее честно выражается в количестве бутылок в час или единиц в час на небутылочных изделиях при определенном размере контейнера, материале и количестве полостей. В приведенной ниже таблице показаны представительные диапазоны для контейнеров из ПВХ на сопоставимых машинах Apollo-класса с использованием конфигураций с одной и двумя станциями и сопоставленными штуцерами с одной головкой. Это плановые показатели, которые должны быть подтверждены испытанием форм; они отражают типовое коммерческое поведение процесса EBM, а не гарантированную скорость для конкретных инструментов.
Показатель выработки по размеру тары (HDPE, один станок, планируемые диапазоны)
| Размер контейнера | Единая станция. bph range | Двухстационарный режим bph | Типичный коэффициент полезности | Преимущественное ограничение цикла |
|---|---|---|---|---|
| 3. От 100 до 250 мл. | От 500 до 900 литров. | 900–1600. | 1,6 до 1,9 | Прессование по исходному шару. |
| От 500 мл до 2 л. | 300 to 600 | 550-1050 | 1.6 to 1.8 | Смешанная прессование и охлаждение |
| 5-10 л | 90-180 | От 150 до 280 | От 1,4 до 1,6. | Охлаждение и перезарядка головки. |
| От 20 л до 60 л | От 25 до | От 38 до 80 устриймаровочных цилиндров. | 1.3 to 1.5 | Заправка аккумулятора |
| 200 Л до 1000 Л | От 4 до 12 | 6-18 | 1,2-1,4 | Охлаждение и стеновая масса. |
Понятно, что чем меньше контейнер, тем больше прибавка двойного станка, так как охлаждение длится недолго, а экструдер был узким местом. По мере роста контейнеров преобладает охлаждение и пополнение аккумулятора, и прибавка убывает до 1,2-1,5 раз. Покупатель, сравнивающий только самый большой контейнер из своего ассортимента, может недооценить роль двойного станка; покупатель, работающий преимущественно с небольшими бутылками, может обнаружить, что двойной станок практически удваивает производительность.
Выбор материала смещает эти цифры дальше. У ПП намного быстрее происходит кристаллизация, требуется более короткое время охлаждения, в то время как у HDPE в тонких секциях, плюс материал более чувствителен к прогибу литника и герметизации, поэтому время цикла и уровень брака отличаются. PETG и ПВХ охлаждаются по-разному и требуют более тщательного контроля температуры в области штампа. PC и PA нуждаются в более высоких температурах расплава и пресс-формы, что удлиняет время охлаждения. В таблице ниже описано, как выбор материала влияет на относительное преимущество одинарной и двойной станций, меняя тот шаг цикла, который ограничивает его продолжительность.
Влияние материала на предельную скорость цикла и преимущество станции
| Материал | Типичная плотность, г/см | Свойства охлаждения. | Двойная станция gain tendency | Заметки по выбору |
|---|---|---|---|---|
| HDPE | От 0,941 до 0,965 | Умеренный, чувствительный к деформации | Высокое на мелких деталях | основные параметры, использование контроля толщины стенок, |
| PP | 0,900-0,910 | Более быстрая настройка, может зависать, если различие незначительное | Высокая степень очистки | Проверка овальности горла и симметрии охлаждения. |
| ПВХ | 1,30 до 1,45 | Чувствительна к температуре, медленная головка | Средний уровень | Нужно контролировать температуру зажима, стабилизатор |
| ПЕТГ | 1,272 | Ясно, необходимо низкое напряжение | Средний уровень | косметическая чистота, меньший давление удара, |
| PC | 1,20 | Длинный, высокотемпературный | Низкое до среднего уровня; | Охлаждение ограничено, плюс менее эффективная работа станции. |
Для покупателя ключем к выбору станки служит максимальный размер и объемы реализации конкретного наименования товара, а не среднее показание характеристик. Если 70 процентов производства приходится на 1-литровые бутылки из HDPE, машина с двойной станкой, соответствующей этому наименованию, обеспечит наибольший доход, а более крупные контейнеры можно настраивать так, чтобы работался спин-офф. Инженеры «Аполлона» обычно работают над анализом потребностей заказчика, т.к. правильное решение зачастую зависит не от характеристик устройства, а от заказа.
Потребление энергии, площадь пола и производительность рабочего персонала
Потребление энергии в процессе ЭБМ преобладает на экструдере, нагревании бака и заголовка, гидравлическом энергоблоке или сервоприводах и системе охлаждения. Мотор экструдера является основным потребителем электроэнергии, как правило, в большей степени делая выбор потребителя энергии, когда станция работает в стационарном режиме, но нагрев и вспомогательное оборудование продолжают работать, часть потребляемой энергии не дает полезного результата. В машине с двойной станкой тот же экструдер работает более равномерно и размазывает постоянные нагрузки по большей количеству бутылок, поэтому затраты энергии на одну бутылку обычно снижаются, хотя суммарное потребление электроэнергии растет незначительно.
Количественно установка с двумя станциями может потреблять примерно на 10-25% больше общей подключаемой мощности, чем эквивалентный одностанционный агрегат, потому что в ней установлена другая слотовая шпинделя, вторая система охлаждения, шатра для перемещения бутылок и система управления. Однако поскольку она выпускает на 30-90% больше бутылок, энергоемкость, выражена в кВтч на килограмм готовой продукции, обычно снижается на 8-20%. Для предприятия, работающего в три смены, это снижение энергопотребления на кг является значимой эксплуатационной экономией, которая накапливается по сроку службы оборудования и частично компенсирует более высокую стоимость покупки.
Площадь помещения — это то место, где двойной конвейерный станок однозначно является более требовательным. Двухпроходной станок более длинный по оси зажима, поскольку в нем установлены два блока платформ и трехкамерный механизм переноса. В качестве правила планирования длина пути увеличиться примерно в 1,6-2,2 раза по сравнению со станком с одним проходом аналогичной тягово-вращающей силы, в то время как ширина практически не меняется. При этом покупателю необходимо выделить пространство для двух выбросных конвейеров или одного более широкого конвейера, дополнительного тракта для циркуляции охлаждающей воды и упрощения доступа оператора с двух сторон. В новом заводе это простое решение по планировке; в ходе переоборудования часто оказывается решающей ограничением, вынуждающей сделать выбор в пользу однопроходного станка, несмотря на санкции за снижение производительности.
Эффективность труда часто неправильно понимается. Машина с двумя рабочими местами обычно не требует двух операторов; один оператор обслуживает оба рабочих места, как один. Чему меняется, так это стоимость оператора в час: все ту же рабочую силу теперь контролирует более высокая производительность, снижая себестоимость по бутылке. Если завод ограничен наличием квалифицированных операторов, а не числом машин, машина с двумя рабочими местами является эффективным способом увеличения объема производства на одного человека. Однако важно учитывать, что двухстанционная синхронизация, программирование толщины стенок с помощью двух голов и чередование выбросов требуют более способного инженера, поэтому экономия трудозатрат реальна, но предполагает компетентный персонал.
спрос на охлаждающую воду также возрастает при втором стане, поскольку необходимо обслуживать две печати одновременно. Загрузка охладителя увеличивается примерно пропорционально добавленной площади активной формы, поэтому покупатель должен регулировать мощность централизованной системы охлаждения на пик работы двойного станка, а не на базовую модель для одиночного станции. Недостаточная мощность охлаждения является самой распространенной скрытой причиной разочаровывающего результата работы двойного станка, поскольку ожидаемое сокращение времени охлаждения не происходит при повышении температуры воды под нагрузкой. В процессе испытаний завода и рекомендациях по монтажу на месте Apollo включается проверка мощности охлаждения именно по этой причине.
В следующей таблице приведено подробное описание трех измерений эффективности рядом, чтобы настолько лишнего и очевидный тормозный эффект. Обратите внимание на использование относительных индексов затрат, а не абсолютных цифр, поскольку тарифы на энергетические ресурсы, стоимость воды и местные ставки заработной платы колеблются в широких пределах и должны подтверждаться собственным профилем эксплуатации покупателя.
Эффективность Расчеты: одинарная и двойная станции
| Размер | Индекс одного станка. | Индекс двойной станции. | Net effect |
|---|---|---|---|
| Подключаемая мощность | Низкая – средняя | Средняя – высокая | Более высокая общая сумма, но ниже затраты на один штемпельный цикл |
| Соответствующая энергоемкость кВтч/кг. | Средний уровень | Низкая – средняя | Как правило, на 8–20 процентов ниже |
| Длина полезной площади | Низкий | Средняя – высокая | время работы увеличивается от 1,6 до 2,2 раза, |
| Оператор на машину | 1 | 1 | Уменьшение затрат на рабочую силу на бутылку |
| Загрузка охлаждающей воды | Низкая – средняя | Средняя – высокая | 6. Размер охладителя для пика. |
На практике машина с двумя станциями превосходит по энергии на бутылку и трудозатратам на бутылку, но проигрывает по площади помещения и используемой мощности. Для предприятий с доступной площадью и мощностью эффективность такой системы очевидна. Для предприятий, находящихся на грани своих возможностей по вычислительному мощности или трансформаторным значениям, машина с одной станцией может быть единственно возможным путем, даже если производительность на квадратный метр площади ниже.
Инструменти, смена процесса и гибкость производства
Гибкость - это единственный наиболее сильный аргумент в пользу одностанционной машины. При одном месте расположения пресс-формы, одном наборе полостей и одной программе подготовки полуфабриката одностанционная машина быстро адаптируется к инструментам, ее легко понимать и прощающая ошибки в ходе разработки продукта. Моделер, работающий с десятками единиц продаж, изделий сложной формы или промышленных деталей малого объема, получает преимущество от быстрой смены настроек перед незначительным числом произведённых единиц. Одностанционная машина также упрощает настройки контроллера толщины стенок, поскольку для настройки существует один головка, один полуфабрикат и одно соотношение полостей.
Двухстанционная машина более сложна в плане инструментации и перехода на другой продукт. Даже когда оба станка производят один и тот же продукт, инструменты должны быть сбалансированы, чтобы охлаждение и выталкивание обеих полостей происходило синхронно; несогласованные каналы охлаждения или неравномерный поток воды могут привести к тому, что один станок будет ограничивать другой. Когда покупатель хочет получить разный продукт на каждом из станков, машина нуждается либо в двух независимых головках с двумя регуляторами толщины стенки, либо в одной головке, питающей соответствующие полости, и програма для поваров должна поддерживать оба режима. Такое решение имеется в наличии и широко используется, но это усложняет проект и установку, а также увеличивает время перехода между семействами продукции.
Стоимость пресс-форм зависит от количества станций. Двухстанционный станок требует двух полных наборов форм в случае задействования обеих станций или как минимум двух банков полостей. Инвентарь запасных инструментов увеличивается вдвое, что влияет на оборотные средства и хранение. Для стабильного продукта высокого объёма это оправдано производительностью, а для нестабильного ассортимента – это недостаток. Apollo решает эту проблему с помощью модульных рамок форм и стандартизированных интерфейсов полотен в сериях ABLB и ABLD, поэтому форму, изготовленную для одной конфигурации станций, часто можно использовать повторно, однако для получения двойного объема производства необходима вторая физическая форма.
Сам процесс перехода схож по точки загрузки в обех версиях, но двойной станок снижает производительность в два раза во время перехода, поэтому экономические последствия его остановки более существенны. Предприятие, которое ежедневно меняет продукцию, может потерять больше объема производства из-за остановок в процессе перехода на двойном станке, чем приобрести благодаря повышенной скорости работы. Поэтому инженеры-прикладники Apollo спрашивают о длине цикла и количестве заказов перед тем, как рекомендовать определенную версию: двойной станок признан более эффективным при длительных бесконтрольных работах и наказывает за частые остановки.
Многослойные и совместные экструзионные инструменты добавляют еще один слой. Для производства барьерного слоя для защиты пищевых продуктов или химикатов или основного ядра из вторичного сырья с чистой оболочкой требуется многоканальная головка пресса и точное распределение слоев. На машине с двумя станциями контроль слоев должен оставаться стабильным на обеих станциях, что легко осуществить с помощью одной головки с переменным режимом работы, но это более сложно с двумя головками, если они не настроены идентично. Специалисты по материалам полагают, что структура стены при совместном экструдировании и соотношение слоев устанавливаются на головке, независимо от количества станций, поэтому выбор станции влияет на производительность и стоимость инструмента больше, чем на качество барьера сам по себе.
С точки зрения инженера по применению, выбор также зависит от сертификации и ограничений конечного использования. Контейнера для пищевых продуктов и напитков, ежедневных химикатов и лекарств должны соответствовать требованиям к контакту с пищевыми продуктами, такими как стандарты FDA, EU 10/2011 или GB в зависимости от рынка, а медицинские или фармацевтические детали могут требовать документирования по стандарту ISO и чистого обращения. Никакие из этих требований не зависят от количества станций, однако более высокая производительность машины с двумя станциями означает больше деталей, подлежащих той же системе качества, поэтому объем контрольного отборного анализа и нагрузка на трекинг растут пропорционально. Покупатель должен планировать количество рабочей силы и тестирующих мощностей наряду с повышением производительности.
Стоимость владения и отдача от инвестиций
Стоимость владения машиной EBM включает в себя стоимость покупки, инструменти, установку, энергию, смолу, охлаждение, трудовые ресурсы, техническое обслуживание и время простоев. Поскольку в этой статье не допускается приводятся цены или валюты, приведенная ниже сравнение использует относительные коэффициенты стоимости и безразмерные отношения, которые сохраняются независимо от местных тарифов. Центральным показателем является стоимость за тысячу бутылок, которая позволяет нормализовать более высокую стоимость двойной станции по сравнению с ее более высокой производительностью.
Двухэлектрическая станция имеет более высокий индекс затрат на приобретение, обычно средний-високий по сравнению с высоким для однэлектрической станции с сопоставимым усилом зажима, из-за второго зажима, более длинной основы, дополнительного охлаждения и более сложного контроля. Индекс затрат на инструмент приблизительно удваивается, поскольку для использования мощности требуются два набора форм. Индекс затрат на инфраструктуру установки и охлаждения также выше. Несмотря на это, индексы энергоёмкости и трудозатраты на бутылку ниже, что показано в предыдущем разделе. Следовательно, чистая стоимость владения зависит от использования: работайте двухузловой машиной вблизи ее запланированного цикла работы, а стоимость на одну бутылку будет ниже, чем у однэлектрической машины; работайте периодически, и премия за фиксированные затраты никогда не будет окупаться.
Рентабельность инвестиций лучше всего выражается через чувствительность к срокам окупаемости, а не через одно число. Переменными являются годовой спрос на бутылки, достижимый объем производства бутылок в час, продолжительность эксплуатации в год, стоимость смолы за килограмм, стоимость энергии за кВт-ч и стоимость труда за час. Поскольку смола обычно является ведущим повторяющимся расходом в процесе экструдирования, выбор станции оказывает ограниченное влияние на расход материалов; его эффективность зависит от стоимости конверсии, то есть от затрат на энергию, труд и амортизацию, а также на обслуживание, которые учтены на каждую бутылку. Машина с двумя станциями снижает стоимость конверсии при высокой производительности, поэтому точка перелома для рентабельности инвестиций наступает быстрее для продукции с высоким объемом производства и стабильным спросом.
Стоимость технического обслуживания заслуживает внимания. У оборудования с двойными станциями больше подвижных элементов, две зажимные кляммеры и система перемещения, поэтому объем плановых работ по техническому обслуживанию значительно выше, а вероятность механической остановки, влияющей на выпуск продукции, несколько выше. Тем не менее, поскольку такое оборудование может выпускать больше бутылок, расходы на техническое обслуживание на одну бутылку все еще могут быть сопоставимы или даже ниже. Политика обслуживания совместного бренда Wanplas, включая ежегодное бесплатное предоставление деталей и гарантийную замену поврежденных компонентов, распространяется на оба конфигурации и способствует стабилизации собственных затрат. Покупателям также стоит учитывать строгость процедуры проверки непрерывной работы в течение 72 часов, к которой придерживается сеть Wanplas до доставки оборудования, что сокращает количество отказов в начале эксплуатации, которые иначе могут исказить показатели ROI.
Риск простоев является неравномерным. На машине с одной станцией дефект зажимного устройства останавливает 100 % продукции. На машине с двумя станциями дефект на одной из них может позволить вторую станцию продолжать рабочий цикл, в зависимости от того, соединены ли устройство экструдера и обжимная головка; наличие связи между устям обжимной головки означает, что дефект на одной из них останавливает обе работы. Повышенная надежность здесь действительно имеет место, но ее не следует считать решающим фактором в пользу двойной компоновки — вместо этого следует обращать внимание на стратегии запасного оборудования, удаленную диагностику и планирование профилактического обслуживания, которые более важны для бесперебойности работы, чем просто количество станций.
Правило принятия решения, используемое командой Apollo в деловом общении с покупателями, очень просто. Сначала необходимо оценить необходимое количество бутылок в год и доступное время работы оборудования; затем полученное значение умножить на 8760 ч. в году (дней в году) и получить необходимое значение объемов производства в стандартном месячном цикле. Вывод: если данное значение находится в широких пределах, превышающих значащиеся в характеристиках рассматриваемой машины показатели, следует выбирать именно эту машину. Если же машина не выполняет заданное значение объема, то производится сравнение стоимости двух одинаковых машин с стоимостью одного двухкомпонентного агрегата, обладающего по характеристикам аналогичным результатом. Такое сравнение, основанное на профиле заказа конкретного покупателя, заменяет догадки убедительными цифрами.
Apollo ABLB and ABLD Series in Single and Double Station Layouts
Компания Apollo, фабрика Wanplas, расположенная в Цзянджаганге, недалеко от Шанхая, производит машины экструзионного выдува под названием ABLB, охватывающие контейнеры объемом от 200 мл до 20 л, которые предлагаются в вариантах с одной и двумя станциями; серия ABLD включает контейнеры объемом от 20 л до 1500 л и предназначена для использования в тяжелом спектре образцов, где конфигурации с двумя станциями обеспечивают надежное энергопотребление в ходе продолжительных циклов; полностью электрическая серия предназначена для контейнеров от 200 мл до 20 л с полностью электрическим зажимом и передачей, которая полностью исключает гидравлический блок для заводов с высокими требованиями к экологичности и чистоте производства.
В серии ABLB одна станция представляет собой рабочий конвейер для изготовления индивидуальных и серийных единиц заказа: типичная конфигурация компонуется так, что используются шнек диаметром 55 до 90 мм с отношением L/D около 20 до 24, зажимная сила, соответствующая взрывоопасному давлению и хлору в бутылках, и программируемый регулятор толщины стенки с от 10 до 300 устанавливаемых значений по всей длине паророния. Версия двойной станции ABLB сохраняет тот же экструдер, но добавляет второй зажимной механизм и систему переноса или двойного головного устройства, ускоряя выработку до более высокого уровня в отметках bph, указанных выше. Для производителя, переходящего от пилотных объемов к коммерческим объемам, старт с одной запускной станцией ABLB и добавление более производительной двойной станции ABLB для ключевого товара — это распространенный путь с низким уровнем риска.
Серия ABLD — где количество станков совпадает с емкостью бункера. Контейнеры от 20 до 60 литров и более требуют быстрого наполнения металлом, что предотвращает провисание парафина и деформацию штока. Головки аккумуляторов серии ABLD имеют такие размеры, чтобы уровень заполнения соответствовал весу контейнера. На двухкамерном станке ABLD головка заправляется во время остывания металла на противоположном станке. Сила зажима на машинах серии ABLD значительно выше, чем на машинах серии ABLB, чтобы противостоять давлению при нагревании большой площади, а валики имеют больший размер, чтобы переносить более крупные формы. Купцу, заказывающему станок серии ABLD, следует определить объем бункера и силу зажима так, чтобы они соответствовали наиболее крупному контейнеру, а затем выбрать количество станков в зависимости от годового объема такого контейнера.
Полностью электрическая серия позволяет изменить дискуссию о производительности. Без гидравлического блока связанный профиль потребления перемещается в сторону сервоприводов для зажима и перемещения, которые потребляют энергию только во время движения и возвращают ее часть во время замедления. Для компоновки с двумя рабочими станциями это особенно привлекательно, поскольку две электрические обоймы можно последовательно использовать для сглаживания пикового спроса, уменьшая требования к трансформатору завода по сравнению с двумя гидравлическими обоймами. Полностью электрическая серия также снижает риск несанкционированного расхода масла и утечки, что особенно важно для производства в сфере пищевой и фармацевтической промышленности и в производстве, близком к чистым лабораториям. Apollo позиционирует данную серию для контейнеров с высокими требованиями к экологической чистоте, где расходы на эксплуатацию и чистота в течение всего срока службы перевешивают более высокий первоначальный индекс стоимости.
Для всех трёх семейств «Apollo» применяется один и тот же процессной контур: PE, PP, PVC, PA, PC, ABS, PS, EVA, TPU и PETG, а для большинства промышленных и бытовых линий экструзии по умолчанию используется HDPE. Головки пресс-форми снабжены конструкцией для распределения расплави с низким давлением с целью обеспечения равномерных тонких стенок, а регуляторы толщины стенок можно конфигурировать по головкам. Компания «WANPLAST» выполняет обязательства по стандартам качества, предоставляет ежегодную компенсацию за запасные части, обеспечивает монтаж инженера на месте и проводит заводскую проверку, применительно ко всем процессам, поэтому решение об установке станции не меняет уровня сервисной поддержки, а лишь влияет на общий размер станка и объём оборудования.
Для покупателей, сравнивающих Apollo с другими поставщиками, характерные отличительные признаки заключаются в широком ассортименте моделей линейок ABLB и ABLD, инженерстве головки аккумулятора для больших деталей, варианте полностью электрической компоновки двухстанционных линий и мультизаводной сети поддержки компании Wanplas. Конкуренты в той же категории, включая других китайских специалистов по ЕБМ и уважаемых европейских и японских производителей, предлагают сопоставимые концепции единичных и двухстанционных линий; выбор следует делать, исходя из показателей сопрящения, диаметра болтов, объема аккумулятора, возможной скорости заполнения целевого контейнера и готовности поставщика выполнить пуско-наладочные работы и обеспечить запасными частями, а не только исходя из концепции линий.
Руководство по выбору: какая конфигурация подходит для вашего бизнеса
Последний шаг — преобразование результатов анализа в решение. В приведенном ниже руководстве используется собственный операционный профиль покупателя, а не общая рекомендация, поскольку верный ответ зависит от ситуации. Для начала ответьте на четыре вопроса: каков годовой спрос на бутылки для целевого SKU, сколько рабочих часов планируется в год, сколько различных SKU будут использовать эту машину и какой максимальный объем контейнера в «композиции»? Четыре ответа позволяют определить место покупателя на карте принятия решения.
Если годовой показатель спроса незначителен, а количество позиций очень большое, следует выбрать машину с одной станцией. Простота конструкции, более низкая стоимость инструментов и быстрое сменное оборудование компенсируют меньший показатель б/ч. Это характерно для предприятий, производящих специальные формы, промо-почтовую упаковку и компании, только разрабатывающие дизайн. Также одноствольная модель АБЛБ является оптимальной площадкой для обучения и разработки, прежде чем приступить к использованию более мощной двухствольной модели.
Если эталонным продуктом является контейнер малого и среднего объема с постоянным высоким годовым спросом и небольшим количеством переключений, выбирайте двухстаночную машину соответствующего объема. Прирост производительности за счет использования двух станков — 1,6–1,9 раза для небольших бутылок — в сочетании с более низкими расходами на энергию и труд при упаковке бутылок часто обеспечивают самые экономичные начальные затраты и самое быстрое окупаемость. Такая модель подходит для специализированных производств по заливке химикатов, напитков и бытовых химикатов, которые эксплуатируют несколько основных размеров бутылок с постоянным прогнозируемым спросом.
Если в смеси преобладают большие контейнеры объемом более 20 литров, выберите машину с двойной станцией ABLD с головкой аккумулятора, рассчитанной на наибольшую партию. Коэффициент полезного действия здесь ниже – от 1,2 до 1,5, а вот регенерация заправки аккумулятора играет решающую роль: единичная станция ABLD с той же головкой застопорится, т.к. придется ожидать, когда она заправится, поэтому двойная станция способствует повышению скорости в меньшей степени, но в значительном объеме защищает достижимую скорость. Это касается химических бадьев, танков для воды и промышленных контейнеров.
Если в цехе установлены строгие требования к экологии, чистоте или энергопотреблению, следует предпочесть полностью электрическую двойную станковую линейку для популярного продукта, рассчитывая на более низкие эксплуатационные издержки за счет более высокого уровня энергетической эффективности и отсутствия гидравлического масла в конструкции. Если площадь помещения или кабели отличаются недостаточной мощностью, одноблочная машина или две одноблочные машины могут оставаться единственным доступным решением, несмотря на потерю производительности, и покупатель должен проверить систему охлаждения и наличие питания, прежде чем окончательно принять решение.
Наконец, необходимо рассматривать решение станка как часть планов по наращиванию мощности, а не как одноразовую покупку. Многие клиенты компании «Аполлон» начинают с одной станции ABLB, затем добавляют двойную станцию ABLB для ключевого товара и позже — станцию ABLD для крупных контейнеров и создают несколькослоенную рабочую жидкость, соответствующую каждому продукту его наиболее эффективному процессу. Экологическая сеть, состоящая из специализированных заводов «Ванплас», поддерживает этот рост: например, если изделие массового производства требует последующей заливки, оборудование для заливки в рамках группы интегрирует расщепленную бутылку с процессами заливки, герметизации и укупорки, а если используется рециклированная смола, группа, специализирующаяся на переработке, поставляет соответствующее оборудование для промывки и грануляции. Такая представительная картина дозволяет синхронизировать выбор станка с более широкой стратегией производства, а не рассматривать его просто как спецификацию для отдельного оборудования.
подробная таблица выбора сведена до решетки принятия решений, которую покупатели могут непосредственно использовать при планировании;
Матрица решений: однокамерный или двухкамерный станок.
| Профиль эксплуатации. | Рекомендуемая компоновка. | Серия Apollo. | Основная причина |
|---|---|---|---|
| Много SKU, небольшие объемы каждого. | Единая станция. | ABLB | Быстрая смена операций, низкие затраты на инструментарий. |
| Один эталонный продукт — бутылка малого объема, высокий оборот | Двойная станция | ABLB | коэффициент выхода от 1,6 до 1,9 в сравнении с БПО; |
| Большие баки и емкости объемом более 20 л. | Двойная станция | АБЛД | Процесс перезаполнения аккумуляторов. |
| Чистые или низкоэнергетические задачи. | Двухузловая электрическая станция | Полностью электрический тип работы. | Отсутствие гидравлики, меньшая потребность в кВт/кг. |
| Недостаточный размер помещения или трансформаторной мощности | Единая станция. | ABLB | Уменьшенная площадь и загрузка. |
Часто задаваемые вопросы
Действительно ли две группы станков работают в два раза быстрее, чем одна группа?
Нет. Преимущество подвоения заключается главным образом в том, что восстанавливается время простоя экструдера. Для небольших бутылок с коротким временем охлаждения двойная станция может обеспечивать почти 1,6-1,9 раза большую производительность. Для крупных емкостей, ограниченных временем охлаждения и пополнения аккумуляторов, этот показатель меньше, обычно 1,2-1,5 раза, поскольку время охлаждения преобладает в цикле, а не доступность зажима.
Какие размеры контейнеров наиболее выгодны с двойной конфигурацией станка?
Контейнеры в диапазоне от 200 мл до 20 л, где время экструзии паркса является значительной частью кругового цикла, получают максимальную выгоду. Выше 20 л преимущество снижается, поэтому выгода переходит от удвоения объема исходной массы к защите достижимой скорости.
Применение машины с двумя рабочими станциями два раза увеличивает расход энергии по сравнению с машиной с одной рабочей станцией.
Недостатками общего использования экструдера являются то, что самый существенный потребитель энергии постоянно работает, а также то, что тот же приводной вал загружается на несколько частей. Напротив, пассивный режим работы и дополнительные приводы увеличивают нагрузку, поэтому общая мощность установки растет менее пропорционально, и расход энергии на тон продукта обычно снижается на 8-20%.
Можно ли запустить два разных типа бутылок одновременно на машине с двумя станциями?
Только в том случае, если обе станции используют одну и ту же головку впрессовки и программу преформи и работают с подходящими инструментами, или если у машины есть две независимые головки с отдельными наборами полостей и контроллерами толщины стенок. На конфигурациях с двумя головками возможно производство смешанных форм, однако материал и программа преформи должны быть совместимы. Большинство покупателей удерживают обе станции на одном и том же изделии, чтобы упростить контроль толщины стенки и балансировку.
Как компрессорный головок влияет на единичный и двойной выход для больших контейнеров?
Для контейнеров объемом более 20 литров аккумуляторная головка хранит расплав и обеспечивает быстрое формирование изделий. При работе в двойной станционной схеме она обслуживает поочередно разные станции, таким образом, время наполнения совпадает с периодом остывания изделий в другой станции. Вот почему двойная станция защищает производительность, поскольку при использовании однозвенной машины производство приостанавливается на время, пока головка не наполнится расплавом перед формированием следующего изделия.
Каков нормальный размер прироста площади помещения, если перейти с одноблочной на двухстаночную машину?
Машина с двойной станцией примерно в 1,6-2,2 раза длиннее в направлении зажима, поскольку она использует два сборных узла плат и механизма переноса. Ширина практически не меняется. При расчете удлиненной площади нужно учесть дополнительный коллектор для охлаждения и конвейер для выпуска, а также проверить необходимый размер конструкции и возможную мощность теплообмена перед заказом.
В какой серии Аполлон лучше всего остановить свой выбор для изделий объемом до 20 литров и после 20 литров?
Для емкостей от 200 мл до 20 л выбирайте серии Apollo ABLB или полностью электрические серии. Для барабанов и емкостей объемом от 20 до 1500 л выбирайте серию Apollo ABLD, которая построена на основе ударопрочных аккумуляторных головок и высоких сил зажима, рассчитанных на низкие объемы литья.
Как управление толщиной стенки связано с конфигурацией станка?
Программирование толщины стенки применяется по отдельной головке экструдера, а не по станку. Двухстанционная машина с одним головным устройством использует один программный файл для обоих станков. Если добавлена отдельная схема управления для второй независимой головки, то каждая из них нуждается в собственном процессоре. Количество станков не влияет на число программируемых точек; изменяется количество управляемых сервоприводами головок и количество пресс-форм, подключаемых к одной программе.
Заключение
Выбор между машиной с одной станцией и машиной с двумя станциями не является вопросом о том, что лучше в абстрактном виде, а о том, что лучше подходит к смеси продукции, общему объему, пространству и энергетическому профилю покупателя. Машины с одной станцией побеждают по своей простоте, низкой стоимости инструмента, быстрой смене оборудования и малому размеру помещения, что делает их идеальными для изготовления нестандартной продукции в небольшом объеме и в процессе разработки. Машины с двумя станциями выигрывают по производительности, восстанавливая работу экструдера и накопителя в периоды бездействия, благодаря чему ВДН увеличивается в 1,2-1,9 раза в зависимости от размера контейнера, а расходы на производство одной бутылки снижаются за счет более высой цены приобретения, стоимости инструмента и площади помещения. Корпорация Apollo, завод Wanplas, более 20 лет работающий в области экструзионного выдувного прессования и имеющий в своем распоряжении более 4000 машин в более чем 90 странах, предоставляет доступ как к машинам с одной, так и к двум станциям из линеек ABLB, ABLD и полностью электрических моделей. Аналитики корпорации помогают выбирать станцию в соответствии с фактическим ежегодным спросом и часовым нагрузкой покупателя, а не следовать показателям из каталога. Для большинства производителей малогабаритной продукции ВДН с двумя станциями является оптимальным решением; для компаний, выпускающих контейнеры большого объема, ВДН с две станциями и накоплительным клапаном обеспечивает максимальный объем производства; а для предприятий с ограниченным или гибким производственным циклом ВДН с одной станцией остается прагматичным выбором. Правильное решение, подкрепленное используемой в настоящей статье таблицей и результатами опытного литья, делает выбор станции измеряемым инвестиционным вложением.
