Optimización ergonómica y funcional de un dosificador de granulados alimenticios

Abstract

El proyecto consiste en la optimización de una máquina dosificadora de granulados alimenticios (bolitas de chocolate), en una línea de envasado de natillas. El producto es un postre refrigerado compuesto por un envase con un compartimento que contiene natilla (chocolate o vainilla) y un compartimento anexo que contiene los "elementos secos" granulados, de dos tipos diferentes (crack'riz o filutkies). El dosificador, a pesar de tener un buen rendimiento durante su operación, no ha sido correctamente diseñado para un mantenimiento preventivo y cambio de producto rápidos. Manteniendo el principio de funcionamiento volumétrico, el objeto del proyecto es introducir las mejoras necesarias para reducir a la mitad el tiempo de mantenimiento y cambio de tipo de granulado. El mantenimiento se compone de múltiples operaciones de desmontaje, limpieza, montaje y reglaje de duración y dificultad elevadas, en las que el operario debe usar numerosas herramientas. Además, se somete a situaciones de riesgo al manipular piezas pesadas desde lo alto de una escalera móvil. Con el fin de remediar los evidentes problemas a la hora de realizar el mantenimiento, y disminuir el tiempo de parada de la línea, el cliente solicita un proyecto de optimización del dosificador, para implantarse lo antes posible ya que la cadencia de producción quiere aumentarse. En primer lugar, se realizó un estudio sobre la máquina original: Principio de funcionamiento, entorno, características técnicas ... junto con un estudio de tiempos de mantenimiento. La inexistencia de planos de la máquina original hizo necesaria una exhaustiva toma de cotas para proceder a la modelización CAD en 3D de la máquina original, con el programa ProEngineer®. El mantenimiento realizado por un operario fue filmado y cronometrado, para ser analizado más tarde en el laboratorio de producción del ICAM (Institut Catholique d' Arts et Métiers) de Nantes. La metodología utilizada para disminuir el tiempo de cambio de producto fue SMED y SS. Además se realizó el mantenimiento por los alumnos autores del presente proyecto, para analizar en profundidad la complejidad y el tiempo de cada operación. El objetivo era pasar de 2 horas a una sola hora de parada de máquina durante el mantenimiento. Para poder lograr el objetivo, se evaluó la pertinencia de distintas alternativas de mejora (como por ejemplo la limpieza con vapor sobrecalentado, rechazada por motivos de seguridad), que fueron validadas o rechazadas por el cliente, con quien se estableció un continuo diálogo. Numerosas visitas al centro de producción tuvieron lugar para la toma de cotas, la validación de soluciones y el intercambio de ideas con los operarios y el cliente. Finalmente el principio de limpieza (pistola de aire, agua, jabón, esponja y rascador) y secado no se modificó, pero se introdujeron simplificaciones en el dosificador que eliminaban las zonas de retención de chocolate, y por tanto el número de superficies que requerían limpieza. A continuación se concibieron las soluciones funcionales encaminadas a mejorar las actividades de desmontaje, limpieza y montaje, haciéndolas más fáciles, seguras y rápidas, con fácil accesibilidad mecánica, sin ningún tipo de herramienta, y en menos de 1 hora. Según el cliente, el objetivo ha sido alcanzado con éxito. Tanto el cliente como los operarios están satisfechos, porque se ha facilitado el trabajo de los segundos y se producen unas 20000 unidades más cada semana (la línea de producción tiene una cadencia nominal de 10000 unidades/h). El proyecto incluye los planos del dosificador original y el optimizado junto con los ficheros en 3D de ProEngineer®, un estudio de tiempos originales/optimizados, un presupuesto general, un manual de instalación y un manual de mantenimiento y limpieza. El presente proyecto es considerado por el ICAM de Nantes y por el cliente como confidencial. Por su parte, el ICAI de Madrid no permite la presentación de proyectos fin de carrera confidenciales. Es por ello por lo que en la presente versión no confidencial cierta información del proyecto original ha sido omitida. La información y nombre del cliente, el nombre del producto, numerosas fotografías y ciertos datos de la memoria original no constan en esta versión adaptada y traducida para el ICAI de Madrid.

The proj ect consists in optimising a chocolate pellets dosing machine, which works in a packaging line of a milk-based cream dessert. The product is a refrigerated dessert composed of a yoghurt cream container and a chocolate candies container (there are two different chocolate candy types). The dosing machine has high performances but it hasn't been designed in order to make the maintenance easy and the change of candy type quick. It takes a lot of time, sorne operations are difficult and dangerous and many tools are required. Without changing the volumetric dosing technology, the objective of this master thesis is to introduce the necessary upgrades and modifications in order to reduce by half the time dedicated to maintenance and change of candy type operations. Maintenance is mainly dedicated to operations of disassembling, cleaning, assembling and tuning, which need to be faster and easier for the operators. Ergonomically speaking, several operations also force to dangerous handling. With the aim of solving these maintenance problems and to shorten the change of candy type, the client asks for an upgrading project of the dosing machine, which will be introduced as soon as possible because the production output cadence should be increased. The first step was to understand the original dosing machine: the operating principle, the working environment, technical characteristics ... and to make a maintenance time study. As no documentation related to the design of the machine was available, a 3D CAD modelling with ProEngineer® had to be performed. The maintenance process carried out by an operator was filmed and timed, in order to be analysed in the manufacturing laboratory of the ICAM (Institut Catholique d' Arts et Métiers) Nantes School of engineering. The methodology used to reduce the change of candy type time was SMED and 5S, performed from a stop watch time study. The maintenance process was also carried out by the students in charge of the project, in order to experience the difficulty of each operation and to re-measure the times. Meanwhile, several solutions had to be found in order to reduce the production stopping time, mostly due to cleaning, from 2 hours to only one. To reach the objective, different possible upgrading solutions were kept in mind (for example a steam cleaning system, which was rejected dueto security reasons), which were validated or rejected by the client. Numerous visits to the production centre were made to measure the dimensions, to validate the solutions and to communicate with operators and with the client. Finally, the cleaning principle (compressed air, water, soap, sponge and scraper) was not modified, but several design modifications were introduced in order to simplify the machine and eliminate sorne chocolate retention zones. Then, we had to design the new machine. The functional and ergonomic improvements were designed to reduce or eliminate the operations which took the majority of the maintenance time. All the operations were designed to be easy, without requiring tools and quickly performed (less than 1 hour). The project cost was estimated, in order to set up the newly designed applications. Today, the objective has successfully been reached. The client and the operators are satisfied with the project. From now on, handling the machine will be easier and safer for anyone who has to clean it. Approximately 20000 more products are produced each week due to the modifications ( every hour, over 10000 units are produced). The master thesis includes the drawings and the 3D ProEngineer® archives of the original and the upgraded dosing machine, a stop watch time study of the original/upgraded machine, a general budget, an installation manual and an instructions and cleaning manual. The present project, on one hand, is considered as confidential by ICAM Nantes and the client. On the other hand, The ICAI of Madrid does not allow students to bring out confidential master thesis. For this reason, sorne information of the original project has been omitted. The information conceming the client, the product's name, sorne pictures and sorne data from the original master thesis do not appear in this adapted and translated (non-confidential) version for the ICAI Madrid.