De nieuwe geautomatiseerde verpakkingslijn lost knelpunten bij isolatiefabrikant Isomo op en verhoogt de productie

Taak:
Een high-speed geautomatiseerde oplossing die de verwerkingssnelheid verhoogt voor kleinere pakketten polystyreen isolatieplaten. De fabrikant kan zo de productie uitbreiden en voldoen aan het toenemende vraag.

Oplossing:
Een nieuwe lijn installeren met twee FANUC 410iB/300-robots voor het uitladen en overdragen van stapels platen. De eerste robot voert de platen aan, de tweede pakt het juiste aantal platen op met zijn grijper en stuurt ze naar de verpakkingsmachine als het juiste aantal beschikbaar is. Het hele gebruiksvriendelijke proces wordt gestuurd en bediend vanaf een pc.

Resultaat:
De verpakkingscapaciteit is verdubbeld, de knelpunten zijn opgelost en de klant kan de productie opvoeren. Door de snelheid en de doelmatigheid van de robots zijn de cyclustijden verkort en drie ploegen tot twee teruggebracht.


Ruimte creëert extra omzet

Wat maar weinigen weten, is dat Isomo voor ISOlation Modern staat. Het is een bekend merk voor geëxpandeerde polystyreenplaten en in België wordt hiervoor de generieke soortnaam Styrofoam gebruikt. De productiebewerking van de Isomo-platen, die in 1956 van start ging in Kortrijk, is nog steeds in handen van Vereecke.

Isomo verkoopt veertig procent van de productie in België. Daarna volgt Frankrijk als belangrijk afzetgebied en potentiële groeimarkt voor de kleine formaten. Deze markt liet het afgelopen jaar een snelle groei zien en dit moest zo snel mogelijk worden benut. Het probleem was dat de bestaande verpakkingslijn een bottleneck werd voor kleine formaten, waardoor het ongunstig werd om die te laten draaien. Maar aanvankelijk werd het semi-handmatige verpakkingswerk met man- en machinekracht uitgevoerd om snel de nieuwe markt te betreden.   Sinds augustus 2011 is er een nieuwe, gerobotiseerde lijn in bedrijf die kleine formaten snel en rendabel kan verwerken. Naast het verdubbelen van de verpakkingscapaciteit, waar de bottleneck zat, en daarmee ook de productiecapaciteit, kon deze afdeling van drie naar twee ploegen gaan. Het resultaat is dat deze investering van een half miljoen euro aanzienlijke bedrijfsresultaten oplevert op de groeimarkt in Frankrijk.

Industry Technical & Management voerde een gesprek over deze nieuwe robotinstallatie met Thierry Vereecke, directeur, Dieter Werniers, technisch manager van Isomo, Hans Van Essche, onderdirecteur en Jelle Parmentier, projecttechnicus van Fraxinus (de ontwerper en bouwer van de nieuwe verpakkingslijn), en met Peter Kiekens en Annelies Vander Hulst van FANUC (de leverancier van de robots).

Productie van Isomo-platen

De grondstof voor Isomo-platen is geëxpandeerd polystyreen. Deze component is een vinding van BASF uit de jaren '50, maar toen het patent verliep, is het door verschillende bedrijven op de markt gebracht. Er zijn twee basistypen: het witte, pure polystyreen en het zwarte polystyreen met ingesloten koolstofkorrels. Deze laatste soort heeft betere isolatie-eigenschappen (ook geluidsisolatie). Afhankelijk van de uiteindelijke eigenschappen worden er additieven aan het polystyreen toegevoegd (bijvoorbeeld voor het vervaardigen van brandwerende soorten).

Het basisproduct dat wordt geleverd, zijn microcellen in de vorm van poedersuiker en een buitenwand in polystyreen en pentaangas als schuimmiddel. Bij verwarming kan het schuimmiddel de cellen tot wel vijftig keer laten expanderen, waarbij lucht in de cellen wordt gezogen. Dat poeder wordt geëxpandeerd in een eerste batchproductiestap door stoom te injecteren in een silo om de holle polystyreenkorrels te vergroten. De korrelgrootte is daarbij een functie van de stoom die wordt geleverd tijdens de expansie. De mate van expansie die wordt gerealiseerd is een functie van de dichtheid die de uiteindelijke plaat moet krijgen. Na een eerste geforceerde specifieke droogtijd worden de korrels opgeslagen in opslagsilo's voor verdere verwerking.

In een tweede stap wordt het juiste gewicht aan korrels vanuit de opslagsilo in de gietvorm geblazen. Deze korrels worden vervolgens verder geëxpandeerd door luchtinspuiting. Door het beperkte volume (de gietvorm heeft de afmetingen 6 x 1,2 m x 1 m) worden de geëxpandeerde korrels tegen elkaar gedrukt en smelten ze samen tot een homogeen blok dat veel lucht bevat (zo'n 95% van het volume), die is ingekapseld door de aan elkaar geplakte, gesloten polystyreen korrels.

Dit blok isolatiemateriaal wordt verschillende dagen in de magazijnen opgeslagen, tot de gehele reactie is voltooid. De derde stap is het snijden van dat blok. Drie stappen: Er is een ruime variatie in dikte, afhankelijk van de klant en de aanpassing, van enkele mm (voor isolerend behang) tot enkele tienden van centimeters (bijvoorbeeld voor muurisolatie). Meestal zal bij de verwerking dezelfde plaatdikte wordt gehandhaafd of worden gekozen voor de drie maximale afmetingen. Vervolgens in de gewenste breedte (breedte is gewoonlijk 1,2 m of 1 m, en sinds kort 0,6 m). Bij het laatste werkstation worden de juiste lengtes afgesneden, eerder voornamelijk lengtes van 2 m, nu ook steeds vaker variaties van lengtes van 33 cm. Deze behandeling wordt mechanisch verricht met voorgespannen koperdraden, die worden verwarmd met gebruikmaking van hun elektrische weerstand.  Zo wordt de strakke draad door het blok gesmolten, en wordt tegelijkertijd de snijlaag geseald wat een gladder oppervlak oplevert. Het instellen van de positie van de draad wordt met de hand gedaan. De blokken gaan via een gestuurde transportband door drie werkstations en worden automatisch gesneden.

Aan de hand van referenties

De volgende stap is het verpakken. Voorheen hadden de platen voornamelijk lengtes van 2 m (vaak toegepast als isolatie van een spouwmuur), en voor de verpakking hiervan (met een kunststoffolie om een aantal platen te kunnen tillen) werd eind jaren '80 een machine aangeschaft. De gesneden blokken worden met een transportband naar de verpakkingsmachine getransporteerd. De platen worden daar uitgeladen en handmatig op de foliemachine geplaatst; de folie wordt eromheen gewikkeld en vastgehecht. De pakketten worden vervolgens handmatig opgepakt en op de pallet geplaatst.

Frankrijk was een belangrijke markt voor doe-het-zelvers, waar vraag was naar kleinere plaatafmetingen en kleinere verpakkingen. Bij aanpassingen zoals renovatie en muurisolatie worden ook kleinere plaatafmetingen toegepast. Terwijl men bij de grotere platen een tempo van 60 m²/uur haalde, liep deze snelheid bij kleinere platen terug naar slechts 30 m²/uur. Dit zorgde ervoor dat de snijmachine voornamelijk moest wachten. Met andere woorden, de complete productie-uitvoer viel te zeer terug en de kostprijs van de kleine formaten werd te hoog, zodat men de verkoopprijs niet kon berekenen.

Om deze markt niet te laten liggen, werd eind 2010 besloten om een specifieke lijn op te stellen voor de kleinere formaten. Via Desco, de leverancier van de eerste verpakkingsmachine die uitermate voldeed, kwam ISomo in contact met Fraxinus.  Op basis van de Seco-verpakkingsmachine ontwierp en bouwde hij een robotinstallatie die drie diktes tegelijk kan verpakken.

Twee robots op een rij

De nieuw robotlijn heeft twee robotposities, beide voorzien van een FANUC-410iB/300-robot (maximale gezamenlijke lading 300 kg). De robotkeuze wordt ook bepaald door het maximumgewicht, het werkgebied en de verschillende krachten die op de robot worden uitgeoefend. De te snijden pakken, bestaande uit verschillende stapels na elkaar, elk met een aantal platen waarbij de plaatdikte kan verschillen, worden aangevoerd van de snijmachine naar een transportband. In de eerste robotpositie worden de pakken stapel voor stapel getransporteerd naar een volgende band, die de stapels naar de uitlaadpositie brengt. De robot pakt het juiste aantal platen op met de grijper en zet ze neer op de rollerbaan naar de verpakkingsmachine. Als het aantal platen van de geleverde dikte in de stapel minder is dan de hoeveelheid voor de verpakking, plaatst de robot ze op een wachtpositie. Als er voldoende platen van deze dikte zijn voor een pak op een specifieke wachtpositie, stuurt de robot dat pak van de wachtpositie door naar de verpakkingsmachine.

Het pak gaat op de rollerbaan naar de foliemachine, waar het pak wordt gewikkeld in folie die strak wordt geseald. De cyclusduur van de verpakkingsmachine is acht seconden. Er is met opzet niet gekozen voor een krimpfolie om er zeker van te zijn dat de thermo-isolerende platen niet beschadigd raken (ze zouden kunnen smelten onder de hogere temperatuur). De verpakte platen gaan op de rollerbaan naar een tweede robot die het stapelen van de pakken verzorgt volgens het gewenste patroon van de desbetreffende pallet. Er kunnen tot drie verschillende diktes worden verwerkt die op drie verschillende pallets worden gestapeld. Tussen de twee robots staat een apparaat voor het printen en aanbrengen van de labels, zodat het pak naar behoren wordt gelabeld.

PC-PLC-combinatie

Het geheel wordt gestuurd en bediend vanaf een pc. De pc ondersteunt, via Ethernet, de labelprinter, de robotcontroller, de controller van de verpakkingsmachine en de PLC (Siemens S7) die de rest van de lijn bedient. De PLC bedient de pneumatische werkgrijpers, evenals de toevoerband en de rollerbanen voor het afvoeren. De rollerbanen worden beide aangedreven met een SEW-motor en kettingaandrijving op de rollers; de snelheid ervan wordt geregeld door een Lenze-frequentieregeling die communiceert met de PLC via Profibus.

Momenteel moet een operator nog in de pc de 'verwerkingsmethode' kiezen per binnenkomend, gezaagd blok. Dit is voorgeprogrammeerd en wordt bepaald door het type en het snijpatroon van het binnenkomende blok en het gewenste verpakkingspatroon. In de toekomst willen we dit laten aansturen op basis van een barcodelezer op de machine en een centraal ERP-systeem. De software ervoor is al aanwezig. Het supervisiesysteem, ontwikkeld door Fraxinus, is uiterst grafisch en daarmee kunnen we het werk visueel volgen, en mogelijke onderbrekingen lokaliseren. 

Pneumatische grijpers

De grijpers worden specifiek op maat ontwikkeld door Fraximus. Ze hebben een dubbel grijpsysteem: aan de ene zijde worden twee zijkanten tegen de Isomo-platen gedrukt, en in de grijperwanden is een aanvullende set naalden die in de plaat wordt gedrukt (zodat die hierdoor niet kan worden ingedrukt).  De bediening van de zijwanden en van de naalden verloopt met behulp van pneumatische cilinders (Festo).

Er was een optie om deze bediening te laten verlopen via een servospindelas. Het voordeel was dat deze kon worden geïntegreerd als zesde as in de robotbesturing. De kosten zouden echter erg hoog zijn, zeker omdat de reguliere marge vrij laag zou zijn  (er zijn momenteel 2 blokbreedtes  100 en 120 cm).

Gefaseerd opstarten

In december 2010 werd contact opgenomen met Fraxinus. Op basis van de eerste ontwerpen van de robotlijn (dus nog steeds met één plaatdikte per blok) plaatste Isomo de order in januari 2011. Toen werd op basis van het gedetailleerde ontwerp besloten om de flexibiliteit te verhogen tot drie diktes per pak. In maart kon de daadwerkelijke constructie van start gaan.

De installatie op de locatie werd in twee gedeelten uitgevoerd. Het eerste onderdeel, met de ontstapelrobot en de verpakkingsmachine, werd op 6 juni 2011 in gebruik genomen. Het stapelen werd nog steeds handmatig op pallets gedaan, maar het daadwerkelijke inpakken verliep behoorlijk snel (handig omdat juni een drukke maand is).  Het sluitstuk, de stapelrobot, werd in augustus 2011 gestopt en met succes weer opgestart.  De snelheidstoename op de verpakkingslijn is fors; met deze lijn kan men 60 m³/u halen, en bij sommige typen  tot 80 m³/u: dat is dus twee keer zo veel als eerst. Daardoor kon de nachtdienst worden geschrapt.

Gebruikte FANUC-producten