Een ongeplande stilstand van een zakkenvulinstallatie kost niet alleen de productiecapaciteit van de minuten dat de machine stilstaat – het vertraagt ook leveringstermijnen, houdt personeel bezig met het opsporen van fouten en reparaties, en veroorzaakt vervolgkosten in de hele toeleveringsketen wanneer de vrachtwagen leeg het terrein verlaat omdat de pallet niet op tijd klaar was. In het OEE-rekenvoorbeeld van het artikel van Paar kostte 30 minuten ongeplande stilstand in één ploeg meer dan 150 zakken – geëxtrapoleerd naar 250 werkdagen zijn dat meer dan 37.000 zakken per jaar die niet zijn geproduceerd.
De meeste van deze uitvalgevallen zijn voorspelbaar. Transportschroeven slijten na een bepaald aantal draaiuren. Vacuümpompen geven via trillingsveranderingen en drukverliezen al vroeg aan dat membranen of filters aan het einde van hun levensduur zijn. Laselektroden verliezen meetbaar de kwaliteit van hun contactoppervlak naarmate het aantal lascycli toeneemt. Het patroon is bijna altijd hetzelfde: sluipende achteruitgang die op een gegeven moment omslaat in een plotselinge uitval – voorspelbaar, maar niet voorzien, omdat niemand kijkt totdat de installatie stilstaat.
TPM – Total Productive Maintenance – maakt onderhoud tot een onderdeel van het productieproces, niet tot een onderbreking ervan. Het basisidee: onderhoud is een taak van iedereen, niet alleen van de onderhoudsafdeling. Agustiady en Cudney formuleren het doel als een drievoudige nul: nul defecten, nul ongevallen, nul stilstanden. Dat klinkt als een ideaal – in de praktijk betekent het: elke vermijdbare stilstand daadwerkelijk vermijden door slijtage te herkennen voordat deze tot uitval leidt. Dit artikel laat zien hoe TPM wordt toegepast bij verpakkingsinstallaties voor bulkgoederen – als TPM als onderdeel van de Lean-aanpak om de beschikbaarheid van de installaties te maximaliseren.
Wat is Total Productive Maintenance en wat is het doel ervan?
TPM is een systematische onderhoudsstrategie met één enkel doel: maximale beschikbaarheid van de installatie gedurende de gehele levenscyclus. Het kernidee onderscheidt TPM van elke conventionele onderhoudsstrategie: niet alleen de onderhoudsafdeling is verantwoordelijk voor de staat van de installatie, maar iedereen die aan of met de machine werkt – van de operator die dagelijks de vulopening controleert tot de onderhoudsmanager die verantwoordelijk is voor het onderhoudsschema.
TPM neemt een duidelijk standpunt in: De beschikbaarheid van de afvul- of zakverpakkingsinstallatie als OEE-factor is het meetgebied waarop TPM zich richt. In het OEE-rekenvoorbeeld van het artikel van Paar was de beschikbaarheid met 84,4 procent de zwakste van de drie factoren – en daarmee degene met de grootste hefboomwerking. TPM is het instrument dat deze hefboom bedient: het vermindert de ongeplande stilstanden (defecten, uitval) en verkort de geplande (omsteltijden, onderhoudsintervallen). Agustiady en Cudney noemen drie redenen waarom bedrijven TPM meten en invoeren: prioriteit geven aan verbeterprojecten, het gebruik, de werking en de kwaliteit van de installaties gecombineerd registreren en veranderingen in capaciteit, productiviteit en kwaliteit zichtbaar maken.
TPM wordt vaak beschreven aan de hand van zijn acht pijlers. Agustiady en Cudney stellen deze voor als de draagconstructie van een huis, waarvan de fundering wordt gevormd door 5S. Voor zakverpakkingsinstallaties zijn niet alle acht even relevant – vier pijlers hebben de grootste hefboomwerking:
De overige vier pijlers – Kobetsu Kaizen (continue verbetering), Office TPM, preventief onderhoud en veiligheid/gezondheid/milieu – zijn relevant als kader, maar niet specifiek gericht op de slijtageprocessen van een zakkenvulinstallatie. Ze worden nader toegelicht in het artikel over lean management (Kaizen) en in de context van hygiënisch ontwerp en containment.
Welke slijtagepunten van een zakkenvulinstallatie veroorzaken de meeste storingen?
TPM werkt alleen als het de concrete oorzaken van storingen aanpakt. Een generieke onderhoudsstrategie die 'de machine' als een geheel beschouwt, schiet tekort – een zakkenvulinstallatie bestaat uit honderden componenten, maar slechts een handvol daarvan veroorzaakt het grootste deel van de ongeplande stilstanden. Het kennen van deze componenten, het begrijpen van hun slijtageprocessen en het inschatten van hun resterende levensduur vormt de basis van elk TPM-programma.
De tabel laat een patroon zien: vier van de vijf slijtageonderdelen vertonen tekenen van slijtage door een geleidelijke verslechtering van de prestaties – afnemende doseernauwkeurigheid, dalende onderdruk, zwakkere lasnaden, afwijkende meetwaarden. De uitval komt niet plotseling, maar kondigt zich aan. Dat is precies wat TPM effectief maakt: wie deze vroege signalen kent en systematisch controleert, vervangt het onderdeel voordat het uitvalt – gepland in plaats van ongepland, tijdens de onderhoudspauze in plaats van midden in de productie.
Voor gedefinieerde levensduur en de juiste voorraad reserveonderdelen is kennis van de originele onderdelen en hun specificaties cruciaal – Originele onderdelen voor gedefinieerde levensduur worden door de machinefabrikant via de klantenservice ter beschikking gesteld, inclusief de gedocumenteerde vervangingsintervallen voor elk onderdeel.
Hoe ziet een typisch storingspatroon bij een zakkenvulinstallatie eruit?
Storingen volgen een patroon dat in de onderhoudstechniek bekend staat als de badkuipcurve. De curve beschrijft het storingspercentage gedurende de levensduur van een onderdeel in drie fasen:
De eerste fase – vroege storingen – doet zich voor in de eerste bedrijfsweken na de inbedrijfstelling of na een onderdelenwissel. Oorzaken zijn montagefouten, materiaalfouten of verkeerde instellingsparameters. Bij een zakkenvulinstallatie uit zich dit doorgaans in een verkeerde kalibratie van de weegschaal na de inbouw van nieuwe weegcellen of in een lekkende afdichting van een nieuwe vulopening.
De tweede fase – willekeurige storingen – strekt zich uit over het grootste deel van de levensduur. Het uitvalpercentage is laag en constant. Storingen in deze fase hebben externe oorzaken: een vreemd voorwerp in de transportleiding, een storing in de persluchtvoorziening in de fabriek, een defecte zak die het opzetten blokkeert. TPM pakt deze fase aan via autonoom onderhoud – de operator herkent afwijkingen tijdens normaal bedrijf.
De derde fase – uitval door slijtage – begint wanneer het onderdeel het einde van zijn levensduur bereikt. Het uitvalpercentage stijgt sterk. TPM pakt deze fase aan door tijdige vervanging: het geplande onderhoud definieert voor elk kritisch onderdeel een vervangingsinterval dat vóór het begin van de slijtagefase ligt. De kenmerken hiervoor zijn de MTBF – Mean Time Between Failures – en de MTTR – Mean Time To Repair. De MTBF geeft aan hoeveel bedrijfsuren er gemiddeld verstrijken tussen twee storingen van hetzelfde onderdeel. De MTTR geeft aan hoe lang een reparatie duurt. Voor de onderhoudsplanning geldt: hoe hoger de MTBF en hoe lager de MTTR, hoe hoger de beschikbaarheid. In een zakkenvulinstallatie betekent dit concreet: een transportschroef met een MTBF van 4.000 bedrijfsuren en een MTTR van 45 minuten is planbaar – een preventieve vervanging bij 3.500 uur kost 45 minuten geplande stilstand, maar voorkomt een ongeplande uitval, die met foutopsporing, aanschaf van reserveonderdelen en vervolgkosten al snel het drievoudige kan kosten.
Hoe wordt autonoom onderhoud in de verpakkingslijn geïmplementeerd?
Autonoom onderhoud – Jishu Hozen – draagt basisonderhoudstaken over aan de machineoperator. Agustiady en Cudney kwantificeren het effect: operators kunnen 75 procent of meer van de machineuitval herkennen en voorkomen als ze daarvoor worden opgeleid en verantwoordelijk worden gemaakt. De logica hierachter is eenvoudig: niemand kent de installatie beter dan de persoon die er acht uur per dag aan werkt. Hij hoort het als de vacuümpomp anders klinkt dan gisteren. Hij ziet het als er meer stof uit de vulopening komt dan normaal. Hij voelt wanneer de zakklem zwaarder grijpt dan een week geleden. Deze waarnemingen zijn vroege waarschuwingssignalen – maar alleen als de operator weet wat ze betekenen en als hij de opdracht heeft om erop te reageren.
Het principe: reiniging, inspectie en smering worden niet behandeld als een speciale taak van de onderhoudsafdeling, maar als onderdeel van de dagelijkse productie. Agustiady en Cudney beschrijven de fasen: van de eerste reiniging en inspectie, via het herkennen van afwijkingen, tot gestandaardiseerd autonoom onderhoud dat de operator zelfstandig uitvoert.
Bij de zakkenvulinstallatie betekent dit concreet – gestructureerd volgens de dagelijkse routine van de operator:
Elk van deze routines duurt minuten, geen uren. In totaal besteedt de operator 15 tot 20 minuten per dienst aan autonoom onderhoud – en voorkomt daarmee stilstand die vele malen meer tijd zou kosten. De voorwaarde: de operator moet weten hoe de installatie eruitziet, klinkt en aanvoelt wanneer deze in de gewenste toestand verkeert. Pas dan kan hij een afwijking herkennen. Precies hier sluit de cirkel met 5S: 5S als basis voor autonoom onderhoud aan de zakkenvulinstallatie creëert de gedefinieerde gewenste toestand waartegen de operator dagelijks controleert. Zonder deze standaard is elke inspectie subjectief – met deze standaard wordt ze systematisch.
De grens van autonoom onderhoud ligt daar waar specialistische kennis begint. De operator merkt dat de vacuümpomp anders klinkt – maar hij vervangt het membraan niet zelf. Hij ziet dat de weegcel afwijkt – maar hij kalibreert deze niet zelf. De escalatielogica moet duidelijk worden gedefinieerd: wat merkt de operator op (afwijking melden), wat voert de installatietechnicus ter plaatse uit (standaardreparatie), waarvoor is de specialist van de fabrikant nodig (grondige revisie, retrofit). TPM werkt alleen als alle drie de niveaus in elkaar grijpen.
Hoe vult voorspellend onderhoud de TPM-strategie aan?
Gepland onderhoud – de tweede van de vier relevante TPM-pijlers – werkt met vaste intervallen: de sonotrode om de 50.000 cycli vervangen, het filter van de vacuümpomp om de 2.000 bedrijfsuren vervangen, de transportschroef na 4.000 uur controleren. Deze intervallen zijn gebaseerd op ervaringen en gegevens van de fabrikant. Ze zijn beter dan helemaal geen onderhoud – maar ze hebben een structurele zwakte: ze behandelen elk onderdeel hetzelfde, hoewel geen enkel onderdeel zich hetzelfde gedraagt.
Een transportschroef die aardappelzetmeel doseert, slijt anders dan een die kwartszand transporteert. Een vacuümpomp die continu draait bij een omgevingstemperatuur van 40 graden, veroudert sneller dan een in een geklimatiseerde ruimte. Vaste intervallen leiden daarom tot een van twee resultaten: ofwel wordt er te vroeg vervangen – het onderdeel heeft nog restlevensduur, de vervanging kost onnodig materiaal en stilstandtijd. Ofwel wordt er te laat vervangen – het onderdeel faalt vóór de geplande vervangingsdatum, en de ongeplande stilstand treedt precies zo op als TPM deze juist zou moeten voorkomen.
Conditiegebaseerd onderhoud vult vaste intervallen aan door niet op basis van de kalender te beslissen, maar op basis van de daadwerkelijke slijtagetoestand van het onderdeel. De installatie wordt onderhouden wanneer de slijtage dat vereist – niet eerder en niet later. Agustiady en Cudney plaatsen voorspellend onderhoud in de onderhoudsstroom tussen gepland onderhoud en conditiebewaking: het geplande onderhoud definieert het basiskader, voorspellend onderhoud optimaliseert de tijdstippen, conditiebewaking levert de gegevens daarvoor.
Bij een verpakkingsinstallatie voor bulkgoederen zijn drie sensorgegevensbronnen bijzonder veelzeggend:
Het cruciale punt: geen enkele afzonderlijke meetwaarde is op zichzelf aanleiding voor onderhoud – het gaat om de trend in de loop van de tijd. Een vacuümpomp waarvan de trillingsamplitude in vier weken tijd met 15 procent toeneemt, vereist aandacht. Dezelfde pomp met een eenmalige piek na een zware productwisseling daarentegen niet. Sensoren voor slijtageherkenning leveren de ruwe gegevens, de interpretatie vereist algoritmen of ervaren technici – idealiter beide. Het vakartikel over conditiebewaking gaat dieper in op welke sensoren welke slijtagemechanismen meetbaar maken.
Het economische effect maakt de cirkel rond: elke ongeplande stilstand die door tijdig conditiegebaseerd onderhoud wordt voorkomen, bespaart niet alleen de reparatiekosten, maar ook de gevolgkosten – gemiste leveringstermijnen, spoedonderdelen, overuren, uitval tijdens de opstartfase. Agustiady en Cudney raden daarom aan om OEE-verbeteringen door TPM altijd te vertalen naar financiële kengetallen, om verdere investeringen in sensortechnologie en onderhoudstechnologie te rechtvaardigen. Onderhoudskosten zijn een factor in de totale bedrijfskosten van zakkenvulinstallaties – dat is de economische kern van TPM: wat er in het onderhoudsplan wordt geïnvesteerd, levert een veelvoud aan besparingen op gedurende de levenscyclus van de installatie.
Nul stilstand begint met verantwoordelijkheid – niet met techniek
TPM is geen onderhoudsplan dat in een map wordt opgeborgen en eens per jaar door de auditor wordt gecontroleerd. Het is een mentaliteit: wanneer de machineoperator de zakkenvulinstallatie als ‘zijn’ installatie beschouwt, merkt hij afwijkingen eerder op dan welke sensor dan ook. Hij hoort de vacuümpomp al voordat de trillingsanalyse alarm slaat. Hij ziet het stof dat uit de vulopening komt, voordat het kwaliteitspercentage in de OEE daalt. Hij voelt dat de hendel van de zakklem stroef gaat, voordat de fout bij de zakinvoer tot een korte stilstand leidt.
Techniek vult dit bewustzijn aan, maar vervangt het niet. Condition Monitoring levert de gegevens, Predictive Maintenance bepaalt het optimale onderhoudsmoment, gepland onderhoud zorgt voor de reserveonderdelen. Maar de mens aan de machine zet de eerste stap – met 15 minuten aandacht per dienst, een nette overdracht aan de volgende dienst en de bereidheid om een afwijking te melden in plaats van deze te negeren. De productieoptimalisatie in de verwerking van stortgoed begint niet met een investering in sensortechnologie – ze begint met de beslissing om elke vermijdbare stilstand daadwerkelijk te vermijden.
Gebruikte vakliteratuur:
Agustiady, Tina Kanti / Cudney, Elizabeth A.: Total Productive Maintenance: Strategies and Implementation Guide. CRC Press, Boca Raton 2016.
Kletti, Jürgen / Schumacher, Jochen: Die perfekte Produktion. Manufacturing Excellence durch Short Interval Technology (SIT). 2. Auflage, Springer Vieweg, Berlin Heidelberg 2014.