Comment éliminer les goulots d'étranglement sur les lignes de remplissage automatiques

Les goulots d’étranglement sur une ligne de conditionnement ne sont pas toujours dus à une machine lente, mais à un manque de synchronisation entre le remplissage, le bouchage, le transport et l’étiquetage. Découvrez comment une ligne entièrement automatisée peut améliorer le flux de production, réduire les temps d’arrêt et mieux exploiter la capacité installée.

Sur une ligne de conditionnement, une machine plus rapide ne signifie pas toujours une production plus rapide.

Une machine de remplissage peut fonctionner à un rythme élevé, mais si la machine de bouchage ou l’étiqueteuse ne parviennent pas à absorber ce même flux, cela ne se traduira pas par une augmentation de la productivité. Il en résultera des accumulations, des temps d’attente, des micro-arrêts et des réglages incessants qui réduiront la capacité réelle de l’installation.

Ce problème est particulièrement important dans des secteurs tels que ceux des cosmétiques et de la chimie, où une même usine peut traiter des produits présentant des viscosités différentes, de nombreux formats de conditionnement, divers types de fermetures et de multiples configurations d’étiquetage.

C’est pourquoi, lorsque l’on cherche à améliorer la productivité, il ne suffit pas d’analyser chaque machine séparément.

Il faut analyser le fonctionnement de l’ensemble de la ligne.

Pourquoi des goulots d’étranglement se produisent-ils sur une ligne de conditionnement ?

Un goulot d’étranglement apparaît lorsqu’une étape du processus a une capacité inférieure ou nécessite plus de temps que les étapes qui la précèdent.

L’exemple le plus simple est celui d’une machine de remplissage qui fonctionne plus vite que l’étiqueteuse.

Tant qu’il y a de la place libre sur le convoyeur entre les deux machines, cette différence peut passer inaperçue. Mais, petit à petit, les emballages commencent à s’accumuler devant la machine d’étiquetage.

Lorsque l’accumulation atteint la limite disponible, l’étape précédente doit ralentir ou s’arrêter.

Ce cycle peut se répéter plusieurs fois au cours d’un service :

production → accumulation → arrêt → attente → redémarrage.

Le problème ne réside pas nécessairement dans le fait que l’une de ces machines fonctionne mal.

Il peut arriver que tous fonctionnent correctement et que, malgré tout, la ligne soit mal équilibrée.

Le manque de synchronisation entre les machines est une source de temps d’arrêt

Lorsque la remplisseuse, la bouchonneuse et l’étiqueteuse fonctionnent comme des équipements indépendants, chacune d’entre elles suit principalement ses propres paramètres.

Cela peut donner lieu à différentes situations :

une machine attend d’être alimentée en produit tandis qu’une autre est saturée
les emballages s’accumulent d’une station à l’autre
les opérateurs doivent intervenir pour rétablir la circulation
il y a des démarrages et des arrêts incessants
le convoyeur finit par servir de simple entrepôt temporaire
l’écart entre la production théorique et la production réelle s’accroît.

Les micro-arrêts sont particulièrement difficiles à détecter, car beaucoup d’entre eux ne durent que quelques secondes. Cependant, lorsqu’ils se répètent tout au long d’un service, ils peuvent entraîner une perte de capacité importante.

En termes d’OEE ( Overall Equipment Effectiveness), ces petites interruptions et ces baisses de cadence ont un impact direct sur le rendement réel de la ligne et peuvent masquer une part considérable de la capacité improductive.

Le problème ne se résout pas en rendant toutes les machines plus rapides

Une réaction courante face à un goulot d’étranglement consiste à essayer d’augmenter la vitesse de la machine qui semble limiter la production.

Mais ce n’est pas toujours la meilleure solution.

Si une étiqueteuse fonctionne plus lentement qu’une remplisseuse, l’augmentation de sa vitesse peut temporairement améliorer la situation. Cependant, cela peut également déplacer le problème vers la capsuleuse, vers un poste en aval ou vers le convoyeur entre les machines.

L’objectif ne devrait pas être de faire en sorte que chaque équipe travaille constamment à son rythme maximal.

L’objectif doit être que l’ensemble de la chaîne de production maintienne un flux de production stable et coordonné.

En d’autres termes, il ne s’agit pas d’optimiser des machines prises individuellement. Il s’agit d’optimiser l’ensemble du processus.

En quoi l’intégration d’une ligne de production est-elle utile ?

Une chaîne intégrée relie les différentes étapes du processus afin qu’elles ne fonctionnent pas comme des éléments isolés.

Le remplissage, la fermeture, le transport et l’étiquetage font désormais partie d’un seul et même système de production.

Pour y parvenir, le matériel et le système de commande jouent tous deux un rôle.

1. Des capteurs qui détectent ce qui se passe

Les capteurs permettent de connaître en temps réel des situations telles que :

présence ou absence d’emballages
accumulations à certains endroits
disponibilité d’espace en aval
arrivée du conteneur dans une gare
nécessité d’interrompre ou de reprendre le flux
certaines alarmes du processus.

Grâce à ces informations, le système n’a pas besoin d’attendre qu’un embouteillage se forme pour réagir. Il peut l’anticiper.

2. Le système de contrôle coordonne les différentes étapes

Les informations recueillies par les capteurs servent à gérer le fonctionnement de la ligne.

Si un engorgement commence à se former en amont de l’étiqueteuse, par exemple, le système peut réduire ou interrompre temporairement l’alimentation en provenance des étapes précédentes.

Dès qu’il y a à nouveau suffisamment d’espace, le flux peut reprendre.

De cette manière, la ligne s’adapte à l’état réel du processus.

Au lieu de fonctionner comme trois machines indépendantes, il commence à se comporter comme un système unique et coordonné.

Les architectures actuelles d’automatisation industrielle utilisent précisément des contrôleurs, des signaux de terrain, des variateurs, des entraînements et des systèmes de communication industriels pour coordonner les machines et faciliter la supervision de l’ensemble.

3. Le rôle des transporteurs et des zones d’accumulation

Sur une ligne intégrée, les convoyeurs ne servent pas uniquement à déplacer des emballages.

Elles contribuent également à réguler le flux entre des machines qui ne fonctionnent pas toujours exactement au même rythme.

Une zone d’accumulation correctement dimensionnée peut absorber de légères variations de vitesse sans obliger à arrêter immédiatement l’ensemble de la ligne.

Il est toutefois important de bien comprendre une différence :

Une accumulation temporaire peut contribuer à équilibrer la production ; une accumulation constante indique l’existence d’un goulot d’étranglement.

Si une machine produit en permanence plus vite que la suivante ne peut traiter, allonger le convoyeur ne fera que retarder l’apparition du problème.

C’est pourquoi la conception de la ligne doit prendre en compte simultanément :

vitesse de chaque station
capacité de stockage
transport
logique de commande
type de produit
format de l’emballage
fréquence de changement de référence.

4. Une ligne intégrée permet également d’améliorer les informations disponibles

Un autre avantage de l’intégration est qu’elle permet d’avoir une vision plus claire du processus.

Les interfaces opérateur permettent de contrôler les paramètres, d’afficher les états et de détecter les incidents plus rapidement.

Dans une installation composée d’équipements totalement indépendants les uns des autres, un incident peut obliger l’opérateur à vérifier plusieurs machines afin de localiser l’origine du problème.

Dans le cadre d’une approche coordonnée, les informations relatives au processus permettent de savoir ce qui se passe et où se situe la perturbation.

Pour le service de production, cela facilite le fonctionnement quotidien.

Pour la direction, cela permet de mieux identifier les sources de perte de temps et de capacité de production.

L’impact économique du goulot d’étranglement

Chaque minute pendant laquelle une ligne de production ne fonctionne pas comme elle le devrait a un coût. Et ce coût ne se limite pas à la main-d’œuvre. Il peut également inclure :

production qui n’aboutit pas
heures supplémentaires pour rattraper le retard sur les commandes
énergie consommée sans production utile
pertes ou retravaillages
interventions de maintenance
temps consacré par le personnel à la résolution des incidents
une exploitation moindre des investissements réalisés dans les machines.

C’est pourquoi il est utile de calculer le coût des temps d’arrêt de manière simple :

Coût d’un arrêt de production = temps d’arrêt × coût associé à une heure de production

À ce chiffre s’ajoutent d’autres coûts directement liés à l’arrêt, tels que les pertes, les heures supplémentaires ou l’entretien.

Il n’est pas nécessaire d’utiliser des modèles financiers complexes pour déterminer s’il existe une possibilité d’amélioration.

Dans de nombreuses usines, il suffit de comparer la production qui aurait dû être réalisée au cours d’une équipe avec la production effectivement obtenue, puis d’analyser quelle part de la différence est due à des arrêts, des temps d’attente ou des déséquilibres entre les machines.

Exemple : comment détecter les goulots d’étranglement

Imaginons une ligne sur laquelle la remplisseuse peut fonctionner à un rythme nettement supérieur à celui de l’étiqueteuse.

Au cours de la garde, la remplisseuse s’arrête régulièrement car les emballages s’accumulent avant l’étiquetage.

Chaque arrêt est de courte durée. Mais leur somme peut finir par représenter une partie importante de la journée.

Dans ce cas, augmenter encore davantage la capacité de remplissage n’apporterait pratiquement aucun avantage.

Cet investissement serait plus judicieux s’il servait à équilibrer et à harmoniser l’ensemble de la ligne.

C’est le principe qui doit guider le calcul du retour sur investissement :

Ce n’est pas la production d’une machine qui importe, mais la production supplémentaire que l’ensemble de la chaîne de production peut générer une fois ses pertes éliminées.

Moins de temps d’arrêt signifie une réduction des coûts

Une ligne synchronisée peut contribuer à réduire les coûts d’exploitation (OPEX) car elle permet de mieux exploiter les ressources déjà disponibles.

Si, au cours d’une même équipe, on produit davantage d’emballages conformes en mobilisant les mêmes ressources en personnel, en énergie et en installations, le coût d’exploitation unitaire diminue.

De plus, un débit plus stable peut réduire :

intervention manuelle
arrêts inutiles
heures supplémentaires
gaspillage
retraitements
temps d’attente
perte de production.

Pour la direction, il s’agit là de l’un des arguments les plus importants pour évaluer une ligne automatisée.

Un investissement ne doit pas être évalué uniquement en fonction de son prix d’acquisition.

Il convient de comparer ce coût à celui que représenterait le maintien des inefficacités actuelles pendant des années.

Des machines individuelles à une ligne complète MarCoPack

Lorsque les problèmes de production résultent de l’interaction entre plusieurs postes, la solution doit également être envisagée de manière globale.

MarCoPack conçoit et fabrique des lignes complètes et automatiques de remplissage, de bouchage et d’étiquetage, conçues en fonction des caractéristiques de l’installation, du produit et des besoins de production.

Leurs gammes comprennent généralement :

Remplissage → Bouchage → Étiquetage

ainsi que les équipements de transport et les autres solutions complémentaires nécessaires à chaque projet.

MarCoPack conçoit des lignes sur mesure adaptées à chaque site de production, qui peuvent être configurées en disposition linéaire, en L, en U ou compacte, et sont conçues pour traiter différents produits liquides, fluides ou denses, mousseux ou non, ainsi que différents formats de conditionnement.

Cela revêt une importance particulière pour les fabricants de produits cosmétiques et chimiques, où une même installation peut devoir s’adapter à des produits, des récipients et des systèmes de fermeture très différents.

1. Remplissage adapté au produit

Les machines de remplissage automatiques et semi-automatiques MarCoPack offrent une large gamme d’options, telles que le dosage volumétrique ou à l’aide de débitmètres, ainsi que l’adaptation à différents formats et configurations grâce à divers embouts de remplissage, en fonction des besoins de production.

2. Obturateur intégré au circuit

La machine de bouchage automatique de MarCoPack s’intègre dans la même chaîne de production et peut être configurée pour différents systèmes de fermeture.

L’intégrer dans la conception globale permet de prendre en compte dès le départ la vitesse requise et son lien avec le remplissage et l’étiquetage.

3. L’étiquetage doit s’inscrire dans le cadre de la chaîne de production, et non constituer un processus isolé

La phase d’étiquetage doit être dimensionnée en tenant compte de la cadence réelle de l’ensemble et des caractéristiques des emballages.

MarCoPack propose des solutions adaptées à différentes positions et configurations d’étiquetage. Notre catalogue de machines d’étiquetage comprend des fonctions de contrôle du positionnement, d’alarmes et de calcul de la production moyenne en temps réel pour certaines configurations.

Conception de lignes complètes

Concevoir une ligne complète dès le départ modifie le résultat, et c’est lors de la phase de conception que la différence se fait vraiment sentir. Lorsque chaque machine est choisie séparément, des incompatibilités en termes de vitesse, de transport, de format ou de fonctionnement sont plus susceptibles d’apparaître par la suite.

Lorsque l’installation est envisagée comme une ligne complète, il est possible d’analyser dès le départ :

Quelle sera la cadence visée ?
Quelle étape est susceptible de constituer un goulot d’étranglement ?
de quelle marge d’accumulation la ligne a-t-elle besoin ?
comment les machines doivent-elles réagir en cas d’arrêt ?
quels formats seront traités
quels changements de produit seront nécessaires
comment les équipements seront répartis au sein de l’usine.

Le service de conception de MarCoPack conçoit chaque ligne en tenant compte des caractéristiques des installations et du type de production, dans le but d’optimiser les ressources du client.

Optimiser la production

Le véritable objectif d’une chaîne de production est d’éviter tout temps d’attente, car une machine à l’arrêt parce qu’elle attend la suivante représente une capacité inutilisée. Il en va de même pour une machine saturée parce que la précédente produit trop rapidement.

C’est pourquoi éliminer les goulots d’étranglement ne se résume pas simplement à acheter des équipements plus rapides.

Il s’agit de veiller à ce que toutes les étapes du processus soient dimensionnées, reliées entre elles et coordonnées de manière à fonctionner au même rythme de production.

Pour le chef de production, cela se traduit par un flux plus stable, moins de micro-arrêts et une installation plus facile à gérer.

Pour la direction, cela signifie mieux exploiter la capacité installée, réduire les coûts d’exploitation et obtenir un retour sur investissement plus rapide dans le domaine de l’automatisation.

Votre chaîne de production fonctionne-t-elle au rythme de vos machines ou à celui de vos goulots d’étranglement ?

S’il y a des engorgements récurrents, des machines qui attendent d’autres machines, des interventions fréquentes de l’opérateur ou un écart important entre la production théorique et la production obtenue à la fin du poste, le problème ne provient peut-être pas d’une machine en particulier.

Cela tient peut-être à la manière dont elles travaillent toutes ensemble.

MarCoPack conçoit des lignes complètes et automatiques de remplissage, de bouchage et d’étiquetage adaptées au produit, au conditionnement, aux besoins de production et à l’espace disponible dans chaque installation.

En analysant le processus dans son ensemble, il est possible d’identifier les sources de pertes et de concevoir une solution dans laquelle le remplissage, le bouchage, le transport et l’étiquetage s’intègrent comme des étapes d’une même chaîne de production.

Car éliminer un goulot d’étranglement ne consiste pas à rendre une machine plus rapide. Il s’agit de rendre l’ensemble de la chaîne de production plus efficace.