Industria della stampa: cambiamenti di processo e misura delle performance

In questo studio, tratto da un intervento reale presso una azienda di stampa portoghese, viene esemplificato un cambiamento di processo produttivo condotto con l’obiettivo di un risparmio sui costi e di una riduzione dell’uso di inquinanti. La corretta analisi dei risultati deve basarsi su indici quantitativi quali OEE, MTBF e MTTR.
La competitività è sempre stato il fattore chiave per la sopravvivenza delle aziende. La crisi economica che ha segnato l’inizio di questo millennio ha imposto un totale riaggiustamento dei processi e delle operazioni che, in alcuni casi, ha dato origine a profondi cambiamenti nelle organizzazioni.

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Inoltre, le preoccupazioni e i vincoli ambientali conseguenti hanno iniziato ad aumentare. Anche l’industria della stampa è stata fortemente influenzata da questi fattori. In questo caso di studio, presentato al “28th International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing”, il fine era ridurre l’uso di prodotti tossici e dei costi generali nel processo di stampa offset, oltre a promuovere un generale aumento della produttività nell’industria della stampa.

Poiché questo tipo di industria è largamente influenzata dalle condizioni meteorologiche, sono stati raccolti dati storici, cercando di raggiungere l’equilibrio tra miglior uso dei consumabili e le metodologie di lavoro, portando a implementare miglioramenti importanti. Alla fine dello studio, è stato possibile osservare risultati molto buoni, aumentando l’Overall Equipment Effectiveness (OEE) e il Mean Time Between Failure (MTBF) e riducendo il tempo medio di riparazione (MTTR) relativamente alle macchine utilizzate.

Il più importante risultato tuttavia è stato la massiccia riduzione del consumo di alcol isopropilico nel processo di stampa offset, migliorando la qualità dell’aria negli ambienti produttivi, riducendo i costi e la maggior parte dei problemi durante il processo di stampa.

Negli ultimi decenni, l’industria della stampa ha vissuto periodi di grandi cambiamenti causati non solo dalla continua sostituzione della carta con i media digitali, ma anche dai costanti problemi ambientali associati ai processi di produzione e alla deforestazione. L’uso regolare di inchiostri e altri materiali di consumo tossici ha aumentato la necessità di ridurne il consumo, assumendo inoltre un ruolo prioritariamente attivo per quanto riguarda la conservazione delle foreste.

Questo studio è stato eseguito presso Marsil, una nota azienda familiare di stampa situata nel distretto di Porto, in Portogallo. Sono state realizzate riduzioni dei costi a livello generale per rendere la società più redditizia. Approfittando della necessità di ridurre i costi e viste le preoccupazioni ambientali derivanti dalla legislazione, si è deciso di approfondire tutti questi problemi. Il piano consiste quindi nel ridurre l’uso di consumabili tossici al minimo possibile che consenta di stampare in linea con gli standard di qualità previsti, migliorando al contempo le prestazioni e l’efficienza degli impianti.

La stampa offset

La stampa offset è un processo che si fonda sulla repulsione tra acqua e inchiostro. In altre parole, le zone che devono essere stampate non respingono l’inchiostro, mentre l’area rimanente che rimane umida respinge l’inchiostro per mezzo di una soluzione acquosa. Questa soluzione acquosa è chiamata “soluzione di bagnatura” ed è uno dei cardini del successo della stampa.

Il nome offset suggerisce che la stampa è indiretta, il che significa che l’inchiostro passa attraverso un cilindro intermedio prima di essere trasferito sulla carta. La Fig. 1 schematizza il processo di stampa.

Il processo di stampa offset
Fig.1. Il processo di stampa offset

L’inchiostro si diffonde nella batteria del rullo di inchiostro fino a quando uno strato sottile rimane a contatto con la lastra, ove, con l’aiuto della soluzione di bagnatura, avverrà la separazione delle aree da stampare. Quindi, l’inchiostro che è stato fissato sulla lastra, viene trasferito nel cilindro intermedio e successivamente alla carta.

La soluzione di bagnatura, insieme alla lastra, costituiscono la componente chimica del processo, che dipende da vari materiali di consumo e ha una grande influenza sui risultati di stampa. Un buon sistema di soluzione di bagnatura dovrebbe essere in grado di funzionare correttamente con il minor quantitativo di inchiostro possibile, senza compromettere la qualità di stampa standard. Questo dipende dai seguenti fattori:

  • Inchiostro: quantità di inchiostro stampato, temperatura e viscosità dell’inchiostro;
  • Macchina: velocità, batteria del rullo e condizioni di messa a punto / pulizia;
  • Lastre: natura e caratteristiche idrofile del rivestimento di alluminio;
  • Soluzione di bagnatura: qualità dell’acqua e tipo di additivi.

La qualità della soluzione di bagnatura è influenzata dalla durezza e dall’acidità dell’acqua, nonché dalla sua conduttività e tensione superficiale. La durezza, l’acidità e la conducibilità sono controllate dal fornitore di acqua e con l’aiuto di additivi, mentre la tensione superficiale dell’acqua è controllata con l’aggiunta di alcool isopropilico. Fig. 2 aiuta a capire l’influenza dell’alcol in aggiunta alla tensione superficiale.

Fig.2 Click per ingrandire. (a) Superficial tension for different substances. (b) Reduction of superficial tension with the inclusion of isopropyl alcohol in the fountain solution [6].
Fig.2 (a) Tensione superficiale per diverse sostanze. (b) Riduzione della tensione superficiale con aggiunta di alcol isopropilico alla soluzione di bagnatura.
In sintesi, in termini medi, le caratteristiche chimico-fisiche raccomandate e gli aspetti da considerare per la soluzione di bagnatura sono:

  • Temperatura della sala di stampa tra 20 e 25ºC;
  • Umidità relativa tra il 60 e il 70%;
  • Temperatura della soluzione di bagnatura tra 8 e 12ºC;
  • Uso di additivi per controllare i funghi e la corrosione e mantenere il pH controllato tra 4,5 e 5,5;
  • Valori di controllo della conduttività dell’acqua tra 600 e 1200 micro Siemens / centimetro;
  • Tensione superficiale regolata per ottenere la massima area di copertura con la minima quantità possibile di acqua;
  • Buona manutenzione e pulizia regolare del sistema.

Indicatori di prestazioni, affidabilità e manutenzione

L’OEE è un indicatore di prestazioni che consente di misurare l’efficienza complessiva delle macchine. Con esso, è possibile sapere qual è l’efficienza produttiva di un’azienda, un reparto o una macchina. L’OEE può essere considerato un indicatore tridimensionale poiché considera tre indicatori nel suo calcolo.

  • Tempo operativo utile;
  • L’efficienza del funzionamento, cioè la capacità di produrre ad una velocità nominale;
  • Qualità del prodotto.

L’OEE è un valore percentuale ottenuto dalla seguente equazione:

OEE = Availability x Performace x Quality

Availability = \frac{Tempo\; utile\; di\; produzione}{Tempo\; di\; produzione}

Performance= \frac{Tempo\;Teorico\;di\;Produzione}{Tempo\; utile\; di\; produzione}

Quality= \frac{Quantit\grave{a}\;Prodotta - Scarti}{Quantit\grave{a}\;Prodotta}

Relativamente a MTBF, come indica il nome, è il tempo medio che interccorre tra un guasto e il successivo. Il suo calcolo può essere effettuato con l’equazione:

MTBF=\frac{\sum_{i=1}^{n}Tempo\;utile\;di\;Produzione (TW)}{numero\;guasti\;del\;periodo}

Dove: TW=TT\;(Tempo Totale)-TF\;(Tempo\;di\;Guasto)

Infine l’MTTR viene utilizzato per valutare le prestazioni delle attività di manutenzione ed è ottenuto dall’equazione:

MTTR=\frac{\sum_{i=1}^{n}Tempo\;manutenzione}{N\;totale\;interventi\;nel\;periodo}

Metodologia di intervento

In base agli obiettivi inizialmente fissati e per raggiungere i risultati attesi, è stata adottata la seguente metodologia:

  • Si è effettuata la procedura di calibrazione iniziale: nella fase iniziale, è stata effettuata una calibrazione generale delle tonalità di inchiostro, perché se le macchine non sono calibrate correttamente i risultati ottenuti non saranno affidabili. Il processo di calibrazione comporta di dover disassemblare l’intera batteria dei rulli e riposizionarli uno ad uno nell’ordine corretto, regolando la pressione a quella indicata dal produttore agendo sulle viti corrispondenti. Cogliendo l’occasione della rimozione della batteria di rulli, tutti i cuscinetti e le rondelle sono stati cambiati.
  • Si è poi implementata la riduzione degli inquinanti: considerando i parametri del sistema di bagnatura ideale e tenendo conto delle condizioni atmosferiche medie nella sala stampa, con l’ausilio di un consulente di vendita della macchina sono stati selezionati nuovi additivi con il fine di ridurre la quantità di alcol isopropilico e di altri prodotti tossici ai livelli desiderati. Al tempo stesso si è cercato in tal modo di ridurre il tempo di preparazione della macchina e il tempo di asciugatura dell’inchiostro. In questo senso, sono state discusse anche soluzioni per ridurre il consumo di prodotti di pulizia dei rulli e del tempo impiegato per svolgere questa attività con l’utilizzo di nuove opzioni software della macchina.
  • È stato poi realizzato un nuovo programma di lavaggio per ridurre l’inquinamento e il tempo del ciclo: oltre alla riduzione del tempo di ciclo globale, è stato creato un programma di lavaggio rapido per ottenere risparmi significativi in ​​questo campo, insieme a nuove regole di pianificazione della produzione. I risparmi si riflettono nella quantità di prodotto di pulizia utilizzato, riduzione
    del consumo di energia e riduzione dei residui chimici.
  • È stato utilizzato un nuovo attivatore dell’essiccatore per evitare operazioni di manutenzione. Per quanto riguarda gli inchiostri, si è cominciato a utilizzare un essiccatore speciale, che funziona solo quando l’inchiostro entra in contatto con la carta, invece di iniziare a lavorare nel momento dell’aggiunta di inchiostro. Ciò evita problemi di asciugatura dell’inchiostro nello scroll e nella lastra, ottenendo così anche una più facile la pulizia della lastra.

Al fine di valutare i risultati ottenuti con l’introduzione di questa nuova metodologia, sono stati raccolti gli ultimi 2 anni di dati riguardanti gli inquinanti utilizzati, l’alcol isopropilico, costi di non conformità e così via (2015-2017). I valori relativi all’anno 2017 sono stati stimati sulla base dei primi nove mesi.

Risultati e osservazioni dallo studio

Inquinanti e asciugatura

  • E’ realizzabile una riduzione di circa il 30% del consumo di alcol isopropilico;
  • Si può ottenere una leggera riduzione del consumo di solvente di pulizia, sebbene associato a un aumento dei costi, dovuto all’aumento del prezzo unitario rispetto al precedente;
  • Questi cambiamenti implicano un aumento dei costi e del consumo della soluzione di bagnatura del 33%;
  • In generale, può essere raggiunta una riduzione per tutti i materiali di consumo.
Confronto dei costi dei consumabili inquinanti prima e dopo l'intervento (2017)
Confronto dei costi dei consumabili inquinanti prima e dopo l’intervento (2017)

Dopo l’implementazione, i vantaggi finanziari e ambientali erano noti; ma il nuovo processo ha anche portato miglioramenti nell’asciugatura degli inchiostri e in altri fattori nella stampa. L’effetto di questi miglioramenti sono più difficili da misurare: si è deciso di analizzare i dati storici dei costi causati da non conformità (inchiostro opaco, colori sbagliati, eccessivo assorbimento dell’inchiostro) e dei reclami associati a vari difetti di stampa. Si è potuto osservare una netta riduzione dei costi associati a problemi imputabili alla asciugatura.

Avviamento macchine

La tabella permette di confrontare i valori storici con i miglioramenti ottenuti nel 2017

Confronto dei tempi di avviamento delle 3 macchine da stampa prima e dopo la nuova metodologia (anno 2017I
Confronto dei tempi di avviamento delle 3 macchine da stampa prima e dopo la nuova metodologia (anno 2017)

Indicatori di manutenzione e performance

In questo caso sono state studiate le 3 macchine da stampa SM52/2, SM52/4 e SM74/5 per quanto riguarda gli indicatori di affidabilità e manutenzione ovvero i parametri MTBF e MTTR. Nella Tabella sono presentati i dati raccolti tra il 2012 e il 2016 e i dati raccolti dopo l’implementazione del nuovo metodo (parte del 2017).

Si nota il netto miglioramento nel 2017 riguardo i tempi di guasto ed il numero di eventi
Si nota il netto miglioramento nel 2017 riguardo i tempi di guasto ed il numero di eventi

Utilizzando le equazione viste per calcolare MTBF e considerando 2080 ore lavorative annuali, si sono ottenuti i seguenti valori per MTBF:

I valori MTBF per le 3 macchine
I valori MTBF per le 3 macchine

I valori MTTR prima e dopo l’intervento:

MTTR prima e dopo l'intervento
MTTR prima e dopo l’intervento

Per quanto riguarda l’indicatore di prestazione, l’OEE, si sono utilizzate le equazioni già presentate. L’evoluzione di questo indicatore è presentato nella Tabella seguente.

Valori di efficienza degli impianti prima e dopo l'intervento.
Valori di efficienza degli impianti (OEE) prima e dopo l’intervento.

Conclusioni

Tenendo conto dei risultati precedenti, si può affermare che i essi sono abbastanza soddisfacenti, permettendo di affermare che:

  • Il tempo medio di avviamento è stato ridotto di 8 minuti e 20 secondi rispetto a 4 anni fa;
  • La riduzione dei materiali di consumo per la stampa ha permesso di risparmiare 1127,60 € rispetto agli anni precedenti;
  • Il costo delle non conformità è stato ridotto del 32,9%;
  • L’MTBF è stato aumentato in due delle tre apparecchiature studiate;
  • L’MTTR è stato ridotto in una delle tre apparecchiature analizzate;
  • L’OEE delle macchine è stato migliorato di un valore compreso tra il 2 e il 4%;

Oltre ai vantaggi economici, va notato che questo risparmio è principalmente motivato dal drastico
riduzione del consumo di alcool isopropilico nella soluzione di bagnatura. Poiché questo composto è estremamente volatile, questa riduzione ha anche migliorato l’atmosfera nella sala stampa, migliorando le condizioni di lavoro degli operatori, attraverso la riduzione dei rifiuti tossici, che avvantaggia l’ambiente e risparmia all’azienda i costi per il loro trattamento.

Questo lavoro può quindi essere visto come un metodo che può essere seguito da altre industrie di stampa, che potranno ridurre i loro costi selezionando materiali di consumo appropriati e al tempo stesso migliorare la qualità del prodotto finale, l’ambiente di lavoro e l’ambiente globale generando meno rifiuti.

Riferimenti

28th International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing – “Cost reduction and quality improvements in the printinig industry”, A. Moreira, F. J. G. Silva, A. I. Correia, T. Pereira, L. P. Ferreira, F. de Almeida.

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