De machineverwerkbaarheid van flexibele verpakkingsmaterialen

De machineverwerkbaarheid van flexibele

verpakkingsmaterialen

Citation for published version (APA):

Mot, E. (1973). De machineverwerkbaarheid van flexibele verpakkingsmaterialen. Technische Hogeschool Eindhoven. https://doi.org/10.6100/IR90590

DOI:

10.6100/IR90590

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1973

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

FLEXIBELE VERPAKKINGSMATERIALEN

(The machinability of flexible packaging materials)x)

PROEFSCHRIFT

ter verkrijging van de graad van doctor in de technische wetenschappen aan de

Technische Hogeschool Eindhoven, op gezag van de rector magnificus prof.dr.ir. G. Vossers, voor een connnissie aangewezen door het college van

dekanen in het openbaar te verdedigen op dinsdag 27 februari 1973 te 16.00 uur

door

Emile Mot,

geboren te Amsterdam.

H) • _{with summary in English p. 52} • • ( )

prof.dr.ir. W.J. Beek en

David Mira

I N H 0 U D Blz.

Voorwoord 2

I Inleiding 5

II Machines en unit operations 12

III Materialen en fysische eigenschappen 17

IV Ontwikkeling van een keuzetechniek 22

v

Resultaten 34 VI Discussie. 42 VII Prognose 45 Slotwoord 47 Curriculum vitae 48 Li tera tuur l i j st 49 Errata 51 Summary 52

Voorwoord

In mei 1969 werd door de PIRA (de Engelse "research association for the paper and board, printing and packaging industries") in Londen een discussiedag georganiseerd over de problematiek van de interactie tussen materiaal en machine in de verpakkingsindustrie.

Het doel van deze bijeenkomst was, fabrikanten van materialen, fabrikanten van verpakkingsmachines en verpakkings-verbruikers bijeen te brengen en op de hoogte te brengen met elkaars moeilijkheden op <lit gebied.

Tijdens de discussies maakte een der deelnemers - een verpakkings-verbruiker - de volgende opmerking:

"Wij geven aan de fabrikant steeds een uitgebreide specificatie van het door ons verlangde verpakkingsmateriaal. Maar de laatste zin van die specificatie luidt onveranderlijk:

•.... and it must run on our machines II

Deze opmerking karakteriseert het gehele probleem van de verwerkbaar-heid van verpakkingsmaterialen op machines, de z.g. machineverwerkbaar-heid. Uit het feit, dat deze zin aan specificaties wordt toegevoegd kan worden afgeleid:

a. Het is (thans nog) niet mogelijk de machineverwerkbaarheid van verpakkingsmaterialen "objectief" te specificeren.

b. Bij deze problematiek zijn drie groepen producenten betrokken:

I. Fabrikanten van verpakkingsmaterialen 2. Fabrikanten van verpakkingsmachines

3. Verpakkingsverbruikers (= machinegebruikers).

c. Materiaal en machine voor elkaar ontworpen moeten zijn.

Het praktische resultaat van dit "voor elkaar ontworpen zijn" is wat men "een goede machineverwerkbaarheid" noemt.

In de praktijk van het verpakken wordt, ook nu nog, de beoordeling van de machineverwerkbaarheid van een verpakkingsmateriaal veelal overge-laten aan het persoonlijk oordeel van een machinesteller, die subjectieve normen aanlegt welke enerzijds gebaseerd zijn op zijn ervaring met

materialen en machines en anderzijds op kennis van elementaire experi-mentele methoden om materialen en machines te karakteriseren.

Het doel van het onderzoek, beschreven in dit proefschrift, is de ontwikkeling van een meer systematische benaderingswijze, welke zou moeten leiden tot een beter begrip van wat er nu precies gebeurt op een verpakkingsmachine, en uiteindelijk tot een kwantitatieve

formulering van het begrip "machineverwerkbaarheid" in de vorm van specificaties.

Bij het opstellen van deze specificaties dient zo veel mogelijk

gebruik te warden gemaakt van goed gedefinieerde fysische grootheden; het gebruik van de in de praktijk nog steeds veel toegepaste

-arbitraire beproevingsmethoden moet waar mogelijk warden vermeden. Een onderzoek als dit kan op verschillende manieren warden aangepakt. In eerste instantie zou men een tweetal methoden kunnen onderscheiden: (a) De ad-hoc methode. Men probeert, al of niet uitgaande van

vooraf-gaande ervaring, of een materiaal op een machine loopt. Zijn er moeilijkheden, dan verhelpt men die door proberenderwijs -materiaal en/of machine aan te passen tot het gewenste resultaat

is bereikt.

(b) De fundamentele methode. Op grond van fysisch-mechanische analyse van de verwerkingsprocessen komt men tot ei~en, die men aan het materiaal-machinesysteem dient te stellen.

Het is duidelijk, dat beide methoden hun voor- en nadelen hebben. De ad-hoc methode levert in elk afzonderlijk geval een relatief snelle oplossing, maar werkt op den duur niet efficient, omdat men geen

algemeen geldige ervaring verzamelt. Bij de fundamentele methode daar-entegen, verzamelt men alleen maar algemeen geldig inzicht. Deze

methode is veelal niet op een specifiek detailprobleem gericht, doch levert een "theorie". Het geven van oplossingen voor details onder toepassing van de theorie is vrijwel altijd werk op lange termijn. Het ligt daarom voor de hand, een mengvorm te zoeken van deze beide uitersten. Men zou deze kunnen klassificeren als

(a,b) De toegepast-wetenschappelijke methode

Hierbij wordt voor zover mogelijk het probleem van de fundamentele kant benaderd, maar waar dat niet voldoende efficient tot

praktische resultaten leidt, stapt men over op een meer pragma-tische systematiek.

Dit proefschrift - dat gepresenteerd wordt in de vorm van een serie externe publicaties, waarbij dit boekje als compact overzicht van het gehele werk fungeert - is in feite uit een aantal toegepast wetenschappelijke deelonderzoekingen opgebouwd.1)

Van overwegend pragmatisch karakter is hierbij de serie publicaties., die betrekking heeft op de ontwikkeling van een keuzetechniek voor flexibele verpakkingsmaterialen (in de publicaties met "systeem-analyse" aangeduid) {3,4,5}.

De grondgedachte van deze keuzetechniek is dat men, door kwalitatieve ervaringen te verzamelen van een groot aantal machines en materialen, kan komen tot kwantitatieve resultaten, zonder overigens de oorzaken van die resultaten te kennen.

Vooral vanwege dit laatste aspect zou dit proefschrift niet compleet zijn zonder de referenties {6 t/m 12}. Hierin worden een aantal los-staande problemen behandeld, die elk op hun eigen wijze een relatie hebben tot de machineverwerkbaarheid. Deze onderwerpen worden deels van de fundamentele, deels van de technisch-wetenschappelijke kant benaderd, waarbij steeds getracht is, het begrip voor het fysisch-mechanisch gedrag van verpakkingsmaterialen bij het lopen op machines voorop te stellen.

l)De lijst van de tot dit proefschrift behorende publicaties is op blz. 49 opgenomen. Verwijzingen hiernaar zijn met {} aangegeven.

De omvangrijke literatuur, die bij het samenstellen van deze eigen publicaties werd geraadpleegd, is in dit proefschrift niet opnieuw vermeld.

I Inleiding

I. I De_h~::i~i~e_si:_tua!_i~

Gedurende de laatste jaren is de machineverwerkbaarheid van folies en laminaten op snellopende verpakkingsmachines steeds belangrijker geworden. Dit houdt verband met het toenemende aandeel, dat de snel-lopende machines leveren in de productie van voorverpakte waren,

terwijl storingen op deze machines grote productieverliezen veroorzaken. Om deze reden is het voor de industrie van groot belang, de machine-verwerkbaarheid van een verpakkingsmateriaal snel en betrouwbaar te kunnen evalueren.

Het belang van een snelle, doelmatige diagnose van in de industriele praktijk voorkomende materiaal-machineproblemen kan geillustreerd worden aan de hand van enkele voorbeelden:

Een fabriek van voorverpakte vleeswaren kreeg door omschakeling op snellere inpakmachines een uitvalpercentage van 5%. Deze uitval werd veroorzaakt door het lekken van de vacuumverpakking, zoals bleek zowel na het passeren van de sterilisatieoven als later bij de winkelier. Het "trouble shooting" project hiervoor werd in

I!

jaar uitgevoerd. Had men toen de beschikking gehad over objectieve opsporingsmethoden voor fouten, dan zou met minder inspanning en minder productieverlies een oplossing gevonden zijn. Bovendien was er een betere kans geweest, dat voor het betreffende produkt inderdaad de goedkoopste folie zou zijn gevonden, die toch nog als functionele verpakking voldeed. Behalve dit soort schade, dat direct opvalt, kunnen gecamoufleerde schadeposten de productiviteit van een bedrijf verlagen. Zo kan bij-voorbeeld een niet goed gekozen folie de gemiddelde verpakkingssnelheid sterk reduceren zowel door het gedwongen langzaam laten lopen van de machine als door verhoging van het storingspercentage. Verbetering van de relatie tussen materiaal en machine zou in vele van dergelijke gevallen zeer lonend kunnen zijn.

Tot op heden zijn er echter geen bepalingsmethoden bekend, waarmee men op concrete en ondubbelzinnige wijze de machineverwerkbaarheid kan be-palen door metingen aan monsters materiaal. We is er in de loop der tijd steeds meer ervaring opgedaan in het ad-hoc oplossen van voorkomende

problemen. Een visie op de totaliteit heeft echter tot nu toe ont-broken, met name doordat deze vorm van "trouble shooting" geen inzicht geeft over de extrapoleerbaarheid van de gevonden oplossingen naar andere, schijnbaar soortgelijke situaties.

Niettemin is het langzamerhand duidelijk geworden - zowel uit eigen onderzoek als uit de (schaarse) literatuur over dit onderwerp welke fysische eigenschappen de machineverwerkbaarheid zouden kunnen

beinvloeden. Anderzijds bleek uit eigen literatuuronderzoek, dat duidelijke uitspraken over bijvoorbeeld de relatie tussen de grootte-orde van een fysische eigenschap en de verwerkbaarheid van het materiaal op een machine schaars waren {J}, terwijl bovendien veel tegenstrijdige opvattingen aan het licht kwamen.

Ter illustratie volgen hier enige voorbeelden uit deze studie.

(I) Hine stelt, dat de dynamische wrijvingscoeficient niet afhangt van de snelheid, maar wel van de vlaktedruk; Egan meet enige afhanke-lijkheid van de vlaktedruk en juist een sterke afhankeafhanke-lijkheid van de snelheid. Egan stelt verder, dat voor een goede machineverwerk-baarheid de wrijvingscoefficient tussen 0,3 en 0,5 moet liggen; Hendrickson legt (voor vorm-vul-sluitmachines) de grenzen op resp. 0,3 en l.

(2) Bij de sterktebepaling van de warme las is de veerproef duidelijk de enige tot nu toe bekende verdedigbare methode. Niettemin worden in de literatuur diverse andere, aanvechtbare bepalingsmethoden aanbevolen.

(3) Fornerod stelt, dat statische lading weinig problemen veroorzaakt; Dietz en Voigt menen echter juist, dat de loopeigenschappen van folies wezenlijk door electrostatische oplading beinvloed kunnen worden. Dietz stelt echter tevens, dat goed geaarde machines vol-doende mogelijkheden bezitten om de electrische lading weer af te voeren. Deze laatste opmerking is echter zowel theoretisch als praktisch aantoonbaar onjuist. Dietz stelt verder, dat statische lading veroorzaakt wordt door wrijving, terwijl Voigt meent dat contact alleen de oorzaak van ladingsvorming is.

Schonbach, daarentegen, getuigt van zijn inzicht in deze complexe problematiek door op te merken, dat andere fysische eigenschappen, zoals wrijvingscoefficient en stijfheid de invloed van de statische lading bij het verwerkingsproces in belangrijke mate mede bepalen.

(4) Ook over de meting van het statisch-electrisch gedrag bestaan verschillende opvattingen. Genoemd worden ladingsmeting, kracht-meting, meting van de ladingsvervaltijd, volumeweerstandskracht-meting, oppervlakteweerstandsmeting, bepaling van de dielectrische constante.

Verder bestaat er grote verwarring ten aanzien van het gebruik van eenheden. Het ligt voor de hand, dat in deze praktisch-technische sfeer het Systeme Internationale (S.I.) maar moeilijk ingang vindt. Toch zou dit redelijkerwijs geen aanleiding behoeven te zijn om de sterkte van een las uit te drukken in "kgf/15 nnn lasbreedte" (Stocker en Tompkins), of een buigstijfheid in "gf/4 inch" (Hendrickson).

Belangrijker dan al deze kanttekeningen is echter het feit, dat voor zover de literatuuronderzoekers {I} hebben kunnen nagaan - tot nu toe nergens het onderzoek naar de machineverwerkbaarheid van flexibele verpakkingsmaterialen in zijn totaliteit op systematische wijze is aangepakt.

In het voorgaande is enerzijds de weinig bemoedigende situatie geschetst ten aanzien van de beschikbare bepalings- en interpretatiemethoden van kenrnerkende grootheden voor flexibele verpakkingsmaterialen; anderzijds is de economische noodzaak voor het vinden van snelle en doelmatige oplossingen aangegeven. Het zou een stap in de goede richting zijn, in-dien niet slechts in individuele gevallen verwerkingsmoeilijkheden konden worden opgelost, maar er bovendien een methode kon worden ontwikkeld waarmee, op systematische wijze, vragen konden worden beantwoord, zeals: - Wat voor soorten materiaal lopen op een bepaald type machine ?

Op welke typen machines kan een gegeven materiaal worden verwerkt ? - Welke deelbewerkingen tijdens het verwerkingsproces veroorzaken

storingen?

Welke fysische eigenschappen zijn van primair belang voor de machineverwerkbaarheid ?

- Wat moet de numerieke waarde van deze eigenschappen zijn om een goede verwerkbaarheid te garanderen?

- Welke deelbewerkingen, voorkomend op de diverse typen machines, veroorzaken zoveel storingen, dat ze met hoge prioriteit in speurwerkprogrannna's op verpakkingsgebied zouden moeten warden opgenomen?

Het gaat er dus om, een keuzetechniek te ontwikkelen.

Om dit te bereiken is het niet voldoende uit te gaan van summiere, enkelvoudige gegevens over enkele fysische parameters, zoals dat in de huidige literatuur gebeurt, zie {I}. Nodig is inzicht in de

numerieke waarden die alle relevante fysische grootheden samen mogen aannemen.

Ook is het voor het gestelde doel niet voldoende, een verpakkings-machine als "de" eenheid van verwerking te zien. Het proces dient te warden opgesplitst in een aantal deelbewerkingen. Dit is bovendien zeer aantrekkelijk, omdat een onderzoek {2} naar de bouw en de werk-wijze van de belangrijkste typen machines voor het verpakken met flexibele materialen heeft aangetoond, dat de grote diversiteit voor een deel slechts schijn is, omdat de elementen, waar al deze machines uit ziJn opgebouwd voor het grootste gedeelte steeds weer dezelfde zijn.

Voorbeelden van deze bouwstenen, die in {2} in enig detail ziJn

be-schreven, zijn de verschillende soorten lasoperaties, de vouwbewerkingen, het aanvoeren van materiaal en het snijden van de "afslag".

De conclusie hieruit is: Het moet in principe mogelijk zijn, de ervaringen, die bij verschillende machines werden opgedaan, te ge-bruiken bij volgende individuele problemen, mits deze ervaring wordt gekwantificeerd voor fysische eigenschappen per deelbewerking.

Om dit onderzoek een concrete vorm te kunnen geven, is het in eerste instantie nodig de begrippen "machineverwerkbaarheid" en "unit operation" voor de probleemstelling te omschrijven.

Definitie 1 {4}

Onder machineverwerkbaarheid van een verpakkingsmateriaal wordt ver-staan het vermogen van het materiaal om te warden afgerold,

getrans-porteerd, gesneden, gevormd, gevuld en gesloten op een goed ingestelde machine van het juiste soort, op een zodanige wijze dat de vereiste verpakking wordt vervaardigd - resp. het produkt op de juiste wijze wordt verpakt - op de voorgeschreven snelheid, waarbij de kans op storingen minimaal is.

Met deze definitie wordt de relatie materiaal-machine gekarakteriseerd.

Definitie 2

Een unit operation (u.o.) van een verpakkingsmachine wordt gedefinieerd als een op zichzelf staande fysische of mechanische bewerking, die enerzijds als een duidelijk af zonderlijke handeling kan worden gezien, maar die anderzijds een onmisbaar, integrerend onderdeel is van het verpakkingsproces.

Hiermee wordt de relatie tussen de fysische eigenschappen van een

materiaal en de functionele elementen van een machine gekarakteriseerd.

Bij dit onderzoek wordt een verzameling machines betrokken, die bier aangeduid zal warden met (M

1, M2, ••• Mj, ... Mp). Uit de industriele

praktijk is bekend, dat op elk van deze machines een of enkele materialen lopen. De verzameling van alle goed lopende materialen wordt aangegeven met (G_{1 ,} G_{2 , •••} Gi'''' Gn).

Elk materiaal is een tijdelijk element in het totale beschouwde systeem. Dit element bezit bepaalde fysische eigenschappen, die worden aangegeven met (P

1, P2, ..• Pq). 2₎

Het totale hier beschouwde systeem bestaat dus uit de tijdelijke elementen, de materialen (G

1, G2, .•. Gi, ••. Gn) en alle voorkomende typen unit operations. De laatste verzameling wordt aangegeven met (U I ' U 2' • . • Ur) .

Een machine is dus een deelverzameling van de niet-tijdelijke elementen, een sub-systeem. Derhalve is in deze beschouwing de machine geen

black-box, maar zijn elementen, de u.o. 's, zijn dat wel.

De vraag is nu: Kan op grond van het gegeven "Gi loopt op Mj" iets gezegd worden over de waarden, die de fysische eigenschappen (P

1, P₂, ... Pq) mogen of moeten aannemen om verwerkbaar te zijn op de in M. aanwezige elementen, zijn unit operations (U , Ub, U , .•. )?

J a c

2

)J. in 't Veld, Denken in systemen: systeembegrippen, systeembenadering, hierarchie van systemen. De ingenieur, II augustus 1972, blz. A680-A685.

Het bestaan van voldoende relaties tussen de elementen is een nood-zakelijke voorwaarde om deze vraag bevestigend te kunnen beantwoorden. Met "relatie" wordt hier bedoeld de samenhang tussen de eigenschappen van verschillende elementen. Een groep relaties is in bet voorgaande al genoemd, namelijk dat groepen u.o.'s machines vormen.

Een tweede soort relatie bestaat tussen een bepaalde fysische eigen-schap van alle materialen en de machineverwerkbaarheid op iedere unit operation. Deze relatie vormt een aspectsysteem.

Het essentiele verschil tussen de voorgestelde benaderingswijze en de tot nu toe gebruikelijke methoden is het volgende:

Bij de gebruikelijke methoden laat men in principe de black-box "machine" ongeopend, dan wel men bestudeert die u.o. 's, die op bet eerste gezicht schijnbaar de storing veroorzaken.

Men zoekt daardoor ad-hoc oplossingen voor incidentele problemen. Dit onderzoek splitst echter ten eerste de black-box "machine" in

een reeks elementen (u.o.'s) en onderscheidt ten tweede aan bet element materiaal een ceeks fysische eigenschappen. Per fysische eigenschap van alle materialen wordt nu de relatie tot de verschillende u.o.'s

bestudeerd, d.w.z. men bestudeert een reeks aspectsystemen.

Het geheel kan in de vorm van een matrix gekwantificeerd worden (fig. I). Horizontaal worden dan de aspecten, in dit geval de toelaatbare waarden van fysische eigenschappen uitgezet; verticaal staan elementen (u.o. 's) dan wel groepen elementen (machines).

r:: "'

-

r::

.,

E ~ _., aspecten

De wijze, waarop bij dit onderzoek deze matrices in concreto tot stand komen, zal in hoofdstuk IV warden beschreven. ~ t---r----t<~~-t--t--r~r--i cu Q. "' 0 L.. "'

-Fig. I Matrix . 2)

"enkele aspecten van een subsysteem" 2 "subsysteem van een aspectsysteem"

Naast deze abstracte gereedschappen, met behulp waarvan een werkwijze kan warden ontwikkeld, die in principe mogelijkheden biedt om tot het gestelde doel te komen, dienen uiteraard een aantal concrete zaken te warden onderzocht.

Dit onderzoek zal in ieder geval het volgende moeten inhouden: - Het kiezen van de hoofdtypen machines, waarvoor de analyse wordt

opgezet.

Het kiezen van de onderverdeling van deze machines in hun unit operations.

Het kiezen van de fysische grootheden, of combinaties daarvan, die geschikt zijn om het gedrag van het verpakkingsmateriaal op de respectieve unit-operations te karakteriseren.

- Het kiezen en eventueel ontwikkelen van experimentele methoden, om de numerieke waarde van die fysische eigenschappen te bepalen.

- Het verzamelen van de beschikbare, relevante en voldoende consistente gegevens uit de praktijk over de materialen, <le machines en de loop-eigenschappen, zoals die uit de industriele praktijk bekend ziJn. - Het ontwikkelen van een logische techniek om deze praktijkervaring

op de geschetste wijze te analyseren voor het gestelde doel.

In dit proefschrift zullen deze punten achtereenvolgens warden behandeld. In de betreffende hoofdstukken zal steeds worden aangegeven, op grand van welke criteria elke afzonderlijke keuze tot stand is gekomen.

II Machines en unit operations

II. I Machines

Uit de opzet van bet onderzoek volgt, dat de machines in de eerste plaats zo moeten worden gekozen, dat ze voldoende unit operations gemeenschappelijk hebben. Het blijkt echter, dat aan deze eis ster~ds

vanzelf wordt voldaan. In feite is het al vrijwel onmogelijk twee verschillende typen machines te noemen, die bijvoorbeeld minder dan 3 unit operations gemeenschappelijk hebben.

Om

het werkgebied te kunnen afgrenzen zullen dus andere criteria moeten worden gekozen. Deze criteria zijn gevonden in de mate van gecompliceerdheid van bet proces, of, anders gezegd, in de graad van mechanisatie. Enerzijds is bet te verwachten, dat de zeer eenvoudige typen machines, zoals die welke alleen een zakje vouwen en lijmen te weinig informatie op-leveren voor bet totale systeem. Anderzijds zouden volledige, zeer ingewikkelde verpakkingslijnen te onoverzichtelijk kunnen zijn voor het gestelde doel.

Het onderzoek is daarom beperkt tot die groep machines, die wat ge-compliceerdheid betreft tot de middenklasse moet worden gerekend,

namelijk machines, die bet verpakkingsmateriaal van de rol af verwerken .terwijl aan het einde van bet verwerkingsproces het verpakte produkt

wordt afgevoerd.

Het is echter wel duidelijk, dat de aldus gekozen groep machines nog steeds zeer ruim is; tot deze verzameling behoort bijvoorbeeld een bundelmachine, waarop 24 kartonnen pakjes van een grossiersverpaRking worden voorzien maar ook een wikkelmachine voor toffees, een dieptrek-machine voor doordrukstrips (pillen), een cellofaneerdieptrek-machine voor

pakjes sigaretten, een krimpwikkelmachine voor het bundelen van blikken op kartonnen pallets.

Ondanks deze grate verschillen in de beschouwde typen machines zijn vele van bun unit operations in bun functies aan elkaar gelijk. Zowel constructief als technologisch zijn er in die u.o. 's echter aanzien-lijke verschillen. Deze verschillen zullen groter zijn, naarmate de machines qua gebruiksdoel verder van elkaar af staan. Brengt men al deze machines desondanks in een systeem onder, dan kan dit leiden tot onnauwkeurige resultaten. Men kan echter al snel een indruk verkrijgen

over de orde van grootte van die onnauwkeurigheid, door die typen machines welke technologisch bet sterkst afwijken, uit bet systeem te verwijderen en de analyse te herhalen. Daarom is bet verstandig, te beginnen met een verzameling machines waarvan het vermoeden be-staat, dat hij, qua verscheidenheid van typen, aan de ruime kant is gekozen. Zeer gespecialiseerde typen (bv. "theebuiltjes"machines) werden niet in bet onderzoek betrokken.

In {2} is een beschrijving gegeven van de diverse typen machines, die werden onderzocht. De indeling in typen vond overwegend plaats op grond van de diverse klassen van materiaalbehandeling. Waar het ter-zake leek werden echter - in bescheiden mate - ook enige constructieve aspecten in de beschouwing betrokken.

Als hoofdgroepen kunnen worden onderscheiden (fig. 2):

I

Lijmen M020:....059

I

Wikkelmachines 1 J (excl. krlnp<ikkelmach.)

I

Sealen Dead-fold M060-+tl 99 M210-+l290

.,

Kri..rrp...iikkel-machines Mll0-+1359 Therno-fonning rochines Kr intJvorm-vu l -slui t machines Ml60-+IJ99 Oieptrek-machines M410-+t499 Met bJisvonnigc fol fr·

=:~f~~::t qelijkvorm.ige binnen- en bJitenverpakk.1ng werken zij," als ~n-rol-typ:>n

Fig. 2 Indeling van verpakkingsmachines voor flexibele materialen {2,4}.

- Wikkelmachines. Dit zijn machinetypen die de folie in het algemeen met een overslag om een (veelal blokvormig) produkt wikkelen en vervolgens door vouwen, torderen, etc. sluiten. Dit sluiten kan geschieden met behulp van lasse_!! of lijmeE:_, of door vouwen alleen

("deadfold").

Omdat deze verschillende methoden van sluiten de meeste invloed hebben op de keuze van het verpakkingsmateriaal, zijn zij als indelingscriterium gekozen. De verscheidenheid van uitvoerings-vormen binnen elke groep is echter nog steeds groot.

- Thermoforming machines. Bij deze typen machines wordt de verpakking gevormd door of met behulp van warmte. Deze groep is ingedeeld in de ~:_r!_mE_mac!!_iE:_e~, waarbij de verstrekte folie om het te verpakken produkt wordt gelast en vervolgens door verhitting strak om het

produkt heen wordt gekrompen, en de di~p!rekma£hin~s, welke door

warmvervormen een bakje maken, waarin het produkt wordt gelegd, waarna het bakje door een vlakke bovenfilm wordt afgesloten.

- Vorm-vul-sluitmachines. Dit zijn machinetypen, waarbij de verpakking in eerste instantie gedeeltelijk wordt gevormd. Daarna wordt het zakje gevuld, waarna het sluiten plaatsvindt. Dit sluiten gebeurt altijd door lassen. De indeling van de vorm-vul-sluitmachines heeft in hoofdzaak plaatsgevonden op grond van de vorm waarin de folie wordt aangevoerd. De hoofdindeling is in "~1!.k~e_f~lie" en "£.uis=. !O.E_mig~ !.Cl}~". De laatste wordt voor vloeistofverpakkingen toegepast en is hier niet verder onderverdeeld. De machines, waarop vlakke folies worden verwerkt zijn nader onderverdeeld in typen die met een, resp. twee rollen folie werken, waarbij in het eerste geval de folie nog in dubbelgevouwen vorm kan worden aangevoerd.

Bovendien zijn alle subtypen van vorm-vul-sluitmachines nog onder-verdeeld in resp. horizontale en verticale versies (fig. 2). Het constructieve verschil tussen deze beide uitvoeringsvormen is vaak aanzienlijk, omdat bij de verticale uitvoeringsvorm het produkt in bet algemeen door de zwaartekracht wordt getransporteerd. Dit wordt

In het totaal werden bij dit onderzoek 73 verschillende typen

machines onderscheiden; hier meet nag bij warden opgemerkt, dat het gedeelte voor het aanbrengen van de bovenfilm op dieptrekmachines "administratief" als een afzonderlijke machine werd beschouwd, omdat de twee folies, die op dit type machine warden gebruikt, onderling sterk kunnen verschillen.

II. 2 ~n_!.t _o£_eE_a!_i£_n_!

Op basis van de definitie van het begrip "unit operation", die in I.3 werd gegeven, moeten nu de machines die in het voorgaande zeer globaal

zijn omschreven, warden onderverdeeld.

Dit betekent, dat de machines zo geed mogelijk op een een-eenduidige wijze moeten warden beschreven.

Het is duidelijk, dat het juist' kiezen van de unit operations een belangrijke voorwaarde is voor het slagen van het onderzoek. De keuze van de unit operations kan geschieden vanuit een tweetal verschillende gezichtspunten:

(I) Men kan uitgaan van het verpakkingsmateriaal en op basis van het fysisch inzicht in de eisen, die het transformatieproces stelt tot een indeling van machines in unit operations komen. Dit is een technologisch gerichte indeling.

(2) Men kan uitgaan van de machine en op basis van een analyse van de constructieonderdelen en hun bewegingen tot een indeling komen. Dit is een constructief gerichte indeling.

Nu is het nagestreefde doel niet een analyse van de verpakkingsmachine als constructie, maar de bepaling van de eisen, die aan machine en materiaal gesteld moeten warden opdat de verwerking storingsvrij plaats-vindt. De doelstelling is dus uitgesproken technologisch, reden waarom een indeling op basis van het eerstgenoemde gezichtspunt de voorkeur verdient. Extreem gesteld zou men kunnen zeggen dat voor dit onderzoek de machine alleen van belang is op die plaatsen, waar hij in aanraking komt met het verpakkingsmateriaal.

Op grand van de voorgaande overwegingen ziJn de machines in unit operations gesplitst. Eerlijkheidshalve client hier echter wel bij te

worden aangetekend, dat ondanks dit uitgangspunt de wijze van indelen een in hoge mate arbitrair karakter heeft gekregen. Dit was onvermijde-lijk, omdat er geen andere indelingscriteria konden worden gevonden dan subjectieve begrippen als "technologische keuze" en "technisch inzicht". Het gevolg is uiteraard, dat iedere onderzoeker een derge-lijke indeling op zijn eigen wijze zal maken. Het is in dit stadium echter nog onduidelijk, in hoeverre een alternatieve indeling de resultaten van het onderzoek zou beinvloeden.

In Appendix 2 van {4} is in een serie blokdiagrannnen getoond, op welke wijze de indeling van de unit operations heeft plaatsgevonden.

Het bleek hierbij, dat de 73 typen bestudeerde machines uit 60 ver-schillende unit operations kunnen worden opgebouwd.

Appendix 3 van {4} geeft de indelingen van de machines als verzame-lingen (niet als sequenties) van unit operations.

Nu leert de praktijkervaring, dat de loopeigenschappen van een materiaal op een machine niet alleen worden bepaald door de

transformatie-processen, maar ook door feiten en omstandigheden, die strikt genomen weinig met het eerder gedefinieerde begrip "unit operation" te maken hebben. Voorbeelden hiervan zijn: bet langzaam, resp. snel lopen van een machine, horizontale dan wel verticale hoofdbeweging van bet te verpakken produkt etc. Omdat de invoering van bet begrip unit operation geen op zichzelf staand doel was, maar slechts een middel om machines zo goed mogelijk te karakteriseren, zijn een aantal van dit type bedrijfsomstandigheden toch als "unit operation" in het systeem op-genomen.

III Materialen en fysische eigenschappen

III. 1 Materialen

De materialen, welke voor <lit onderzoek werden gebruikt, zijn verzameld bij 21 verpakkende industrieen. Zij dekken een brede range van verpakte produkten, hoofdzakelijk uit de levens- en genotmiddelenindustrie. Bij het ophalen van deze materialen werden tevens inlichtingen ingewonnen bij laboratoriumchefs, bedrijfsleiders en machinestellers over de loop-eigenschappen van de materialen op de betreffende machines. Deze

gegevens werden vastgelegd op enqueteformulieren, waarin a.a. ruimte was gelaten voor het noteren van opgetreden storingen en de remedies daartegen. Op deze wijze werden in totaal 164 verschillende materialen verzameld. Achteraf kon, met behulp van deze enqueteformulieren

vast-gesteld warden, welke materialen als "lopend" ert welke als "niet lopend" moesten warden geclassificeerd. Het uitgangspunt daarbij was, <lat men voor het betrouwbaar vaststellen van de voorwaarden, die voor goed lopen nodig zijn, uiteraard oak alleen goed lopende materialen moet gebruiken. Daarom zijn materialen, die niet goed liepen of waar twijfel over

bestond bij de "niet lopers" ingedeeld.

Op deze wijze werden 135 materialen uitgeselecteerd, waarvan de loop-kwaliteiten zodanig waren, <lat zij in het systeem konden warden opgenomen.

Uit de beschrijving van de machines in I I . I is het al duidelijk, <lat oak in de materialen een grate varieteit te verwachten is. De verzameling onderzochte materialen is inderdaad zeer heterogeen; de tabel, die aan het einde van <lit hoofdstuk is opgenomen, (waar alleen de "lopende" materialen in zijn vermeld) geeft hiervan een indruk.

III.2.1 Criteria voor hun keuze

De vraag, welke fysische eigenschappen voor <lit onderzoek moeten warden gemeten, is van essentieel belang. Wetenschappelijk gezien zou het het meest aantrekkelijk zijn, alle voorkomende unit operations volledig te

analyseren, om vervolgens, op basis van het fundamentele inzicht dat deze fysisch/mechanische analyse verschaft, de parameters te bepalen die het proces beinvloeden.

Teruggrijpend op de systeembegrippen, zoals uiteengezet in I.3 zou dit betekenen, dat nu oak de '~lack-box'' van de respectievelijke unit operations geopend zou moeten warden.

Een volledige analyse van het materiaalgedrag op alle unit operations is echter om een aantal redenen niet realiseerbaar.

In de eerste plaats zijn alle voor dit werk gebruikte materialen bij deformaties boven 0,1% niet-lineair viscoelastisch of plastisch. Dit betekent, dat alleen het onderzoek naar het mechanisch gedrag van een enkelvoudig materiaal in een eenvoudig belastingsgeval reeds vele manjaren onderzoek zou vereisen. Bovendien zijn de meeste materialen gelamineerd, waarbij een laminaat vaak uit componenten bestaat die, wat constitutie betreft, onderling sterk verschillen.

In de tweede plaats zijn de belastingssituaties., die door de unit operations warden voorgeschreven in vele gevallen zeer gecompliceerd, a.a. omdat er oak combinaties van thermische en mechanische belasting optreden.

Desondanks is het .een vrij onbevredigende situatie, dat men, kiezend voor het gesloten laten van de '~lack-boxes'' van het subsysteem, uitsluitend feiten kan rubriceren zonder de oorzaken van die feiten te kennen. Daarom zijn, naast het bier beschreven systeem, in een aantal gevallen fysisch-technologische aspecten van bepaalde unit operations, fysische eigenschappen en meetmethoden nader bestudeerd. Voorbeelden van deelonderzoekingen op dit gebied zijn:

(I) Het onderzoek naar enige aspecten van de breukmechanica van flexibele materialen {6}. Daarin wordt beschreven, hoe met een eenvoudige experimentele- en rekenprocedure een aantal ken-grootheden kan warden bepaald, die tesamen het breukgedrag karakteriseren. Mede op grand van de resultaten van <lit onder-zoek kon warden geconcludeerd, dat het van belang was, de grootheid J.h (Scheurarbeid per eenheid van scheurlengte) in het systeem op te nemen.

(2) Een onderzoek naar de warmtehuishouding van het lasproces {7}, op grand waarvan enerzijds de grootheid TB-TL (Lastraject) in het systeem werd betrokken, terwijl <lit onderzoek daarnaast als basis kon fungeren voor een meer op de praktijk gericht vervolg-onderzoek naar een aantal mogelijkheden van roterend lassen {9}.

(3) Een analyse van het schouderprobleem van vorm-vul-sluitmachines {8}, waaruit geconcludeerd kon worden, dat de wezenlijke

problematiek van de - in de praktijk vaak veel moeilijkheden veroorzakende - schoudervorm van zuiver meetkundige aard was. Met name door aan te nemen, dat over de gehele schoudervorm de folie isometrisch moest blijven met een plat vlak kon op ver-rassend eenvoudige wijze een toelaatbare oplossing worden geformuleerd.

Uit deze eis van isometrie was echter tevens af te leiden, dat de grootheid E.h (Stijfheid per eenheid van breedte) een belang-rijke rol moest spelen. Tevens werd het, a.a. aan de hand van het schouderprobleem, duidelijk dat voor dez.e grootheid niet alleen minimumgrenzen gesteld moesten worden teneinde ondanks locaal optredende spanningsverschillen een voldoende mate van isometrie te handhaven, maar dat oak een maximumgrens van primair belang was, omdat de folie bij de overgang van het schouder- naar het cylindergedeelte over een afronding met ·kleine straal heen moest worden getrokken.

Naast deze, helaas incidentele, gedetailleerde analyses die wel enige aanwijzingen geven omtrent de richting, waarin men moet zoeken om te komen tot een verantwoorde keuze van een verzameling fysische

eigen-schappen, maar die toch te weinig in aantal zijn om er een totaalbeeld uit te kunnen afleiden, zou men kunnen overwegen om het keuzeprobleem aan te pakken door middel van dimensieanalyse. Deze aanpak leidt tot een verzameling dimensieloze kentallen, maar er zou dan geen zekerheid bestaan dat deze verzameling inderdaad relevant was voor het gestelde doel. Op deze wijze kan evenmin enige aanwijzing worden verkregen over de mate van (on)volledigheid van de gekozen verzameling. Bovendien kan men deze dimensieloze verzameling pas samenstellen nadat men eerst een "gewone", niet-dimensieloze verzameling heeft gekozen. In een aantal gevallen zal dan blijken, dat de dimensieloze grootheid minder informatie bevat dan de oorspronkelijke, niet-dimensieloze.

Daarom is gekozen voor een verzameling fysische eigenschappen, die ten dele gebaseerd is op de eerder genoemde gedetailleerde analyses, maar voor een belangrijk gedeelte zijn oorsprong vindt in de

praktijk-ervaring op het gebied van trouble shooting, die in de laatste tien-tallen jaren werd verzameld.

Het resultaat is een 20-tal fysische eigenschappen, waarvan er (achteraf) 8 dimensieloos bleken te zijn.

Om te komen tot voldoende nauwkeurige en reproduceerbare bepalings-methoden voor deze fysische eigenschappen konden in een enkel geval reeds bestaande methoden vrijwel ongewijzigd worden overgenomen; in andere gevallen moesten aanzienlijke wijzigingen worden aangebracht of moesten de methoden worden gestandaardiseerd. Het is echter vaak voorgekomen, dat voor de betreffende meting geheel of gedeeltelijk nieuwe apparatuur moest warden ontwikkeld.

Voorbeelden hiervan zijn:

(I) De ontwikkeling van een dynamische wrijvingsmeter {IO}, gebaseerd op een slinger, die een rol aandrijft. Over deze rol is een strip van het te onderzoeken materiaal gelegd, die aan het ene einde

(horizontaal) vastgeklemd is in het frame en aan het andere einde (verticaal) strakgetrokken wordt door een gewicht. Aldus ligt de strip over een hoek van 90° op de rol. Laat men nu de slinger vanuit zijn horizontale ruststand las, clan zal hij gaan bewegen. De rol wrijft dan over de strip, waardoor een deel van de bewegings-energie gedissipeerd wordt, hetgeen tot uiting komt in een ver-mindering in opslingerhoogte. Deze wordt geregistreerd met behulp van een meeneemwijzer. Uit de energievergelijking voor het proces volgt de dynamische wrijvingscoefficient als functie van de

gedissipeerde energie. Deze wrijvingscoefficient is bij dit apparaat direct afleesbaar.

(2) Een verbeterde methode voor het meten van de dikte van zachte materialen {II}, waarbij op zeer eenvoudige wijze de meetkracht kan warden ingesteld doordat de tasterlichter als balansarm wordt benut.

(3) Een apparaat voor het bepalen van de dynamische stijfheid en demping {I2}. Dit apparaat bestaat uit een massa, die aan twee bladveren is opgehangen. Dit massa-veersysteem wordt geexiteerd met behulp van een spoel en een magneet zoals in luidsprekers wordt toegepast. De frequentie van de aandrijvende stroom is

continu instelbaar, waarbij de stroomamplitude constant blijft. Bij de eigenfrequentie van het systeem treedt maximale uitwijking op. Omdat de beweging van de spoel een tegen-emk induceert, die evenredig is met zijn momentane snelheid, kan de eigenfrequentie warden ingesteld door die frequentie te zoeken, waarvoor de

effectieve spanning over de spoel maximaal is. Hieruit kan dan de stijfheid van het systeem warden berekend.

Vervolgens verhoogt men de stijfheid van het systeem, door een strookje verpakkingsmateriaal strak te spannen tussen de massa en het frame, en herhaalt de meetprocedure. De toename van de stijf-heid is clan de stijfstijf-heid van het verpakkingsmateriaal.

Op dezelfde wijze wordt de demping van het verpakkingsmateriaal bepaald. Hierbij wordt echter uitgegaan van de halfwaardebreedte van de spannings-frequentiecurve.

Een totaaloverzicht van de gebruikte meetmethoden is gegeven in {3}. Een tabel, waarin de meetresultaten zijn samengevat is zowel in {3} als aan het einde van dit hoofdstuk opgenomen.

Deze metingen (in totaal ca. 20.000) vonden plaats in een geconditioneerde ruimte, bij 20 .:!:.

1°c

en 50 + 3% R.V.

Bij de metingen van de soortelijke weerstand bedroeg de temperatuur 2J°C.

IV De ontwikkeling van een keuzetechniek {4}

In de vorige hoofdstukken is beschreven, op welke W1JZe de bouwstenen zijn gevormd voor het ontwikkelen van een methode, die het mogelijk maakt de loopeigenschappen van flexibele verpakkingsmaterialen op verpakkingsmachines te evalueren. In dit hoofdstuk zal het grond-principe van deze keuzetechniek worden beschreven; bovendien zullen een aantal fundamentele problemen worden behandeld, die uit de werk-wijze voortkomen.

Ui tgaande van de defini.ties van "machineverwerkbaarheid 11

en "unit operation" kunnen de relaties tussen de elementen van het systeem worden geformuleerd. Dit zal plaatsvinden aan de hand van een aantal hypothesen.

Hypothese I

De machineverwerkbaarheid van een materiaal wordt bepaald door zijn fysische eigenschappen. (Relatie: tijdelijk element/aspect).

Hypothese 2

Het is mogelijk de diverse typen verpakkingsmachines voor flexibele materialen te karakteriseren als verzamelingen van unit operations; de u.o. 's, die tesamen een machine vormen zijn bepalend voor de technologische eigenschappen van de machine. (Relatie: sub-systeem/ element).

Een nadere precisering van het in hypothese 2 gebruikte begrip "bepalend" wordt gegeven in hulphypothese 2a:

Een materiaal loopt op een machine als het loopt op al ziJn unit operations; het loopt niet op een machine, zodra het op een van de u.o. 's van die machine niet loopt.

De koppeling van de machine, die gekarakteriseerd wordt door zijn u.o.'s en het materiaal, dat gekarakteriseerd wordt door zijn fysische eigenschappen (fys. eig.), komt tot uiting in hypothese 3, die de samenvattende hypothese van het onderzoek is.

Hypothese 3

Voor een gegeven unit operation kan het begrip machineverwerkbaarheid van een verpakkingsmateriaal kwantitatief worden geformuleerd in de vorm van een beperkt aantal functies van meetbare fysische grootheden.

De door de definities en hypothesen beschreven relaties kunnen in een schema, zoals in fig. 3 aangegeven, worden samengevat.

Def l Def 2

~ materiaal hvoothese 1 fys. eig. ,___

+ a + ~ machine hypothese 2 ., 2 unit oper.

...

I hYJX)these I 3

Fig. 3 Schematisch overzicht van de relaties, beschreven in de definities en hypothesen.

De gedachtengang van de hier ontwikkelde keuzetechniek kornt nu hier op neer, dat de rnede-deling "dit materiaal loopt op deze machine" vertaald wordt in: "Materiaal met die en die fys. eig. loopt op die en die u.o. 's. Op grond van deze "vertaalde mededeling" kunnen in een tabel, waarin fysische eigenschappen met u.o. 's in verband worden gebracht, numerieke waarden worden ingevuld van fys. eig. van de materialen, die op de betreffende u.o.'s lopen. Als dit gedaan wordt, dan komt er in de meeste vakjes van die tabel meer dan een getal.

Nu wordt nog de volgende veronderstelling ingevoerd:

Als op een u.o. twee verschillende rnaterialen beide kunnen lopen, waarvan de fysische eigenschap P. resp. de waarde a en b heeft, clan kan een waarde

l.

van P., waarvoor a< P. < b geen beletsel voor de machineverwerkbaarheid

l. l.

-zijn.

We nemen hierrnee in feite aan, dat de toelaatbare verzamelingen van fys. eig. op elke u.o. continu zijn.

Als dus op eenzelfde u.o. materialen lopen met bijvoorbeeld stijfheden van 100 en 500 N/mm, dan loopt een materiaal van 300 N/mm er ook op, tenzij een andere fysische eigenschap van dit materiaal dat belet.

IV.2 De zeefmatrix

Het gevolg van bovengenoemde aanname is, dat het nu niet meer nodig is, alle binnenkomende waarden van fysische eigenschappen in de vakjes in te vullen in de tabel, waarin fysische eigenschappen tegen unit operations zijn uitgezet, maar dat men kan volstaan met het vasthouden van de

hoogste en de laagste waargenomen waarde per vakje.

Aldus ontstaat een dubbele matrix, de zeefmatrix, die per u.o. de boven- en ondergrens van elke fysische eigenschap aangeeft.

Ter illustratie volgt hier een (fictief) voorbeeld.

Stel dat er vijf typen verpakkingsmachines bestaan, Ml t/m MS:

M1 = U1 ₊ U3 + U4 G4

M2 = U2 + U3 + U4 + U5 G1. G3. G9. G10 M3 = U1 ₊ U3 + U5 G2, G5

M4 = U1 ₊ U2 + U3 G6, GB M5 = U3 + U4 + U5 G7

Tabel I. Machines als verzamelingen van unit operations tesamen met de materialen, die erop lopen (fictief voorbeeld). M

=

Machine

U

=

Unit operation G = Materiaal

Verder is uit de technische praktijk bekend, dat op deze machinetypen de materialen GI t/m GlO lopen. (Echter niet alle materialen op alle machines). In Tabel I is dit reeds opgenomen.

Van deze materialen warden nu de fysische eigenschappen Pl, P2 en P3 gemeten, waarvan verondersteld wordt, dat ze van belang zijn voor de machineverwerkbaarheid. Hun waarden zijn gegeven in tabel II.

Men kan echter verwachten, dat bepaalde metingen voor een aantal

materialen niet uitvoerbaar zijn. Een eis ten behoeve van het computer-programma is echter dat niet alleen de materiaalgegevens, maar oak het

Hiertoe zijn de volgende codes gebruikt:

fnm

=

fundamenteel niet meetbaar

De fysische eigenschap is principieel niet meetbaar voor dit verpakkingsmateriaal.

rnm

=

relatief niet meetbaar

Met de beschikbare meetapparatuur kon deze fysische eigenschap van dit materiaal niet worden bepaald.

De kern van de analyse kan nu aan de hand van de tabellen I, II en III worden toegelicht. Stel dat G4 loopt op Ml. Dus een materiaal

met fysische eigenschappen P.

=

(500/0,25/160) loopt op Ul, U3 en U4.

1

GI loopt op MZ. Dus een materiaal met P.

=

(100/0,1/1000) loopt op

1

U2, U3, U4 en US. Hiermee is bekend dat voor U3, die zowel in Ml als in M2 voorkomt, de waarde van Pl mag liggen tussen 100 en 500, die van P2 tussen 0,1 en 0,25, etc. Op deze wijze worden alle materialen

behandeld, waarbij de grenzen voor elke P. steeds aangepast (d.w.z.

1

verruimd) worden.

Aldus ontstaat tenslotte tabel III.

De codes fnm en rnm zijn hierin vertaald 1n aanduidingen "niet van toe-passing" (nvt). De betekenis hiervan zal in IV.5 worden behandeld.

Pl P2 Gl 100 0,1 G2 rnm 0 G3 1000 0,7 G4 500 0,25 G5 300 0,15 G6 900 0.27 G7 2000 fnm G8 150 0.4 G9 1500 0.18 GlO 700 0,2

Tabel II. Numerieke waarden van fysische eigenschappen voor de onderzochte materialen (fictief voorbeeld). P3 1000 6000 20000 160 300 500 700 500 600 800 Pl P2 P3 150 0 160 U1 900 0.4 6000 nvt-2c 100 0.1 500 1500 0.7 20000 U2 100 0 160 U3 2000 0.7 20000 nvt-1/2c nvt-1/2b nvt-1 100 0,1 160 U4 2000 0,7 20000 nvt-1 nvt-2b nvt-1 100 0 300

us

2000 0.7 20000 nvt-1/2c nvt-1/2b

Tabel III. De zeefmatrix, berekend uit de gegevens van tabel I en II.

(Vakjes waarin "nvt" staat, worden als blanco beschouwd bij het berekenen van specificaties. Een verklaring hiervoor zal later worden gegeven.)

Onder inachtname van de diverse soorten "niet van toepassing" ontstaan, aldus redenerend, minimum- en maximumwaarden van alle P. voor alle

l.

Uj. De zeefmatrix krijgt dan de gedaante, zoals gegeven in tabel III. Daarmee heeft dan tevens de relatie tussen sub-systeem en aspect-systeem, zoals geschetst in I.3, een concrete vorm gekregen.

Toepassingsmogelijkheden van de ontwikkelde keuzetechniek kunnen bet beste geillustreerd worden aan de hand van de volgende vragen en antwoorden.

Vraag Wat zijn de maximum- en minimumeisen voor Pl t/m P3 voor lopen op de bestaande machine M3 (= Ul + U3 + US)

?

Antw. I Volgens de zeefmatrix: Voor Pl geen beperkingen; P2 moet liggen tussen 0 en 0,4;

P3 moet liggen tussen 300 en 6000.

Vraag 2 Welke materialen lopen op M3 ?

Antw. 2 (Uit antw. 1 en tabel II) GI, G2, GS, G6, GB, G9, GlO. NB Merk op, dat de in tabel I opgegeven materialen die op M3

lopen deelverzameling van de in antw. 2 genoemde verzameling moeten zijn

NB 2 Als, bijvoorbeeld door een experiment, ZOU blijken dat een

van de laatstgenoemde serie materialen, bijvoorbeeld G9 in werkelijkheid niet op M3 loopt, dan houdt dit in dat er een

fys. eig. P4 bestaat, die van belang is voor de machine-verwerkbaarheid, waarin G9 significant verschilt van de

overige materialen, die wel op M3 lopen. Aldus kan bet systeem zijn eigen incompleetheid indiceren. De vraag, welke fys. eig. P4 dan zou moeten zijn, volgt echter niet uit de bere-kening.

Vraag 3 Wat zijn de materiaaleisen voor een nieuw ontwikkeld machine-type, bv. M6 = U 1 + U2 + US ?

Antw. 3 Uit de zeefmatrix volgt dat voor M6 Pl moet liggen tussen 100 en lSOO, P2 tussen 0,1 en 0,4 en P3 tussen SOO en 6000.

Vraag 4 Op welke typen machines kan een materiaal met specificatie Pl

=

200, P2

=

0,6, P3

=

1000 gebruikt worden?

Antw. 4 Dit materiaal loopt U2, U3, U4 en US en is dus geschikt voor M2 en MS.

Vraag S Wat is het gedrag van dit materiaal op Ml ?

Antw. S Het loopt niet, want P2

=

0,6 terwijl P2 moet liggen tussen O, l en 0, 4.

Vraag 6 Wat is het gedrag van G7 op M3 ?

Antw. 6 Het loopt niet, want P2 is fnm, terwijl P2 moet liggen tussen 0 en 0,4.

Uit antwoord S en 6 ziet men, dat in het voorgaande niet alleen is aangenomen dat een materiaal loopt als de waarden van de fysische eigenschappen binnen de door de zeefmatrix opgegeven grenzen vallen, maar dat ook is aangenomen, dat het niet loopt als dat niet zo is. Voor een klein systeem als in dit voorbeeld bestaat voor de laatste veronderstelling geen goede reden. In de praktijk maakt men het

systeem echter zo groot, dat bij toevoeging van nieuwe materialen en machines de kans op veranderingen in de grenzen van de zeefmatrix

klein wordt. In dat geval mag met redelijke zekerheid worden aangenomen, dat een materiaal inderdaad niet op een u.o. loopt als een fys. eig. niet ligt binnen de grenzen die in de zeefmatrix vastgelegd zijn.

In het volgende zal onderzocht worden, hoe onafhankelijkheid van u.o. en onafhankelijkheid van fys. eig. moet worden geinterpreteerd en wat de gevolgen ervan zijn voor deze analyse.

Twee unit operations zijn onafhankelijk indien ziJ, achter elkaar geplaatst, materialen accepteren die door beide geaccepteerd warden en materialen weigeren die door een van hen niet geaccepteerd

worden.

Deze definitie van onafhankelijkheid houdt in feite in, dat in dit systeem alleen onafhankelijke unit operations mogen voorkomen, met

name omdat hulphypothese 2a anders niet meer geldt.

Een probleem in dit verband is echter, dat het in het algemeen zeer kostbaar zou zijn, u.o. 's te isoleren en er proeven mee te doen om de onafhankelijkheid te bestuderen. De oplossing is daarom gezocht in het, in technologisch opzicht, "verstandig kiezen" van de u.o.'s. In feite betekent dit, dat men op intuitieve gronden de u.o.'s zo kiest, dat zij onderling verschillende eisen stellen aan de fysische

eigen-schappen van het verpakkingsmateriaal.

Fysische eigenschappen welke in de systeemanalyse warden gebruikt kunnen op een tweetal essentieel verschillende wijzen afhankelijk zijn.

(a) Correlatie.

Bepaalde fysische eigenschappen zijn gecorreleerd, zoals bv. de rek bij hreuk (Ehr) en de deadfoldhoek (,). Hoe de fysische samen-hang tussen deze grootheden is, is in dit verband niet interessant.

'fmin. 'fmax.

If-Fig. 4 Afhankelijkheid door correlatie.

A: Materiaal hestaat en loopt. B: Materiaal hestaat maar

loopt niet.

C: Materiaal zou wel lopen, maar hestaat niet.

Een mogelijke vorm van de functie

Ehr

=

Ehr(•) is in fig. 4 gescbetst.

Het is de gehruikelijke punten-wolk, welke nu echter doorsneden wordt door een rechthoek. Deze rechthoek geeft de toegestane grenzen van Ehr en f aan. De (ge-arceerde) doorsnijding van de wolk met de rechthoek geef t de hruikhare comhinaties (f, Ehr) aan. De vorm en plaats van de punten-wolk hangt af van de verzameling onderzochte materialen; de vorm en plaats van de rechthoek hangt af van de onderzochte u.o.'s.

(b) Eenduidige afhankelijkheid

Het is soms nodig om de fysische eigenschappen

Pl

en

P2

te

gebruiken en bovendien

P3

•~(Pl,

P2).

De noodzaak om soms zulke

samengestelde parameters toe te passen, kwam reeds ter sprake in III.2.1 bij de breukmechanica {6} en bij het schouderprobleem {8}. Men zou in dit soort gevallen kunnen spreken van "afhankelijkheid via de machine", omdat fysische grootheden die op zichzelf

onafhankelijk zijn, door het verwerkingsproces afhankelijk worden. Voorbeeld 1

Van belang voor de machineverwerkbaarheid is de materiaaldikte h, de elasticiteitsmodulus E maar ook de stijfheid per eenheid van

breedte, Eh. Het gevolg is, dat nu voor elke u.o. een E

=

E(h) diagram

ontstaat van het type gegeven in fig. 5, waarbij de ruimte binnen de rechthoek nader begrensd wordt door twee hyperbolen van het type E x h = constant.

hmax.

h

-Fig. 5 Voorbeeld van eenduidige afhankelijkheid van bet type

P3

=

P2

x

Pl.

t' t

Eh

(E.hJ~

Fig. 6 Voorbeeld van eenduidige afhankelijkheid

van bet type

P3

=

P2/Pl.

P: Materiaal bestaat misschien, maar als bet bestaat loopt bet.

Q:

Materiaal bestaat misschien, maar als bet bestaat loopt bet niet.

Voorbeeld 2

Beschouw de onafhankelijke fysische eigenschappen f (wrijvingscoefficient) en E.h (stijfheid per eenheid van breedte). Deze warden door het

bewerkingsproces afhankelijk, want als de wrijvingscoefficient grater is, moet men - bij een gegeven normaalkracht (N) - harder aan bet

zijn, omdat het anders te veel zou rekken.

De oplossing voor dit probleem kan worden gevonden door het invoeren van een nieuwe fysische grootheid, die de relatie tussen beide vast-legt. Deze grootheid kan dan tesamen met de beide oorspronkelijke eigenschappen in het systeem worden gebruikt.

Bij het genoemde voorbeeld kan dit gedaan worden door te eisen, dat Ef' de rek tengevolge van de wrijving, binnen bepaalde grenzen blijft. Stellen we de normaalkracht bv. op 1 N/mm foliebreedte, dan is Ef

=

f/Eh.

In fig. 6 is de vorm van het gebied geschetst, waarin de toelaatbare combinaties van f en E x h moeten liggen. De begrenzende lijnen zijn nu rechten door de oorsprong.

In het algemeen zal het gebied waarin beide fysische eigenschappen voorkomen verschillende vormen kunnen hebben. Het voorgaande maakt derhalve geen aanspraak op volledigheid, maar dient slechts ter

illustratie van dit verschijnsel en van de wijze waarop het kan worden beheerst.

Een onzuiverheid in de redenering die bij het berekenen van de zeef-matrix (tabel III) is ingevoerd, is de impliciete veronderstelling, dat voor elke u.o. alle fys. eig. van belang zijn. Dit is uiteraard niet het geval; in feite zullen voor elke u.o. slechts enkele fysische eigenschappen het gedrag van het materiaal bepalen. Welke dat zijn is echter niet vantevoren te bepalen. Daarom is het beter om in het systeem alle u.o.'s op alle fys. eig. te toetsen dan a priori de betekenis van bepaalde berekende relaties irrelevant te verklaren. Het gevolg hiervan zou echter zijn dat een grate hoeveelheid niet

zozeer onjuiste als wel irrelevante informatie geproduceerd wordt. Daarom is toch getracht, aan de hand van een aantal spelregels de hoeveelheid irrelevante uitvoergegevens te beperken. Hierbij is in de eerste plaats alles in het werk gesteld om de consistentie van de geschetste rekenwijze te handhaven.

Teneinde een logische opbouw van deze methode van elimineren te bevorderen, is voor ieder type eliminatie een "stelling" ingevoerd.

Stelling

Als voor een bepaalde U. een P. mag liggen tussen de grenzen a en b,

l J

terwijl a en b tevens gelijk zijn aan de absolute minimum- en maximum-waarde die voor de fys. eig. gemeten is bij alle voorkomende materialen, dan is P. niet van belang voor U .•

J l

De acbtergrond van deze stelling is, dat de boeveelbeid onderzocbte materialen zo groot is dat de kans dat een volgend materiaal een van de grenzen a of b zou veranderen, klein moet worden geacbt. De u.o. is dus een "alleseter" voor deze P .• In dit geval drukt bet

computer-J

progrannna in bet betreffende vakje van de zeefmatrix "nvt-1" uit. (tabel III).

Stelling 2

Als een P. voor een bepaald materiaal niet meetbaar is, is bij niet

l

van belang voor de U. 's waarop dit materiaal loopt. J

Hierbij kunnen een drietal gevallen nader worden onderscbeiden: (a) Een P. wordt in de tecbniscbe praktijk nooit bepaald voor

l

materialen die op U. lopen. J

Voorbeeld: De langs- of dwarskrimp van materiaal dat met een twistwikkel gesloten wordt.

Bij bet berekenen van de zeefmatrix wordt dan voor bet vakje P.-u.

l J uitsluitend "fnm" aangeboden. (In bet gegeven voorbeeld komt dit niet voor.)

In de zeefmatrix wordt dan "nvt-2a" gescbreven voor de betreffende P.-u .• Voor deze materialen wordt de betreffende fys. eig. uiteraard

l J

niet gespecificeerd.

(b) Een bepaalde P. wordt soms niet bepaald, bij materialen die op

l

U. lopen. J

Voorbeeld: De maximum lasbalktemperatuur bij de u.o. "vouwen met bewegende vouwelementen". Deze wordt met name wel gemeten als er na deze bewerking gelast wordt, maar niet als de wikkel sluit door vouwen alleen.

Bij bet berekenen van de zeefmatrix wordt dan voor bet vakje Pi-Uj niet alleen "fnm" aangeboden, maar ook getallen. In de zeefinatrix wordt nu "nvt-2b" gescbreven.

(c) Een bepaalde P. kan voor een bepaald materiaal met de bestaande

1.

meetapparatuur niet gemeten worden.

Voorbeeld: De wrijvingscoefficienten van de meeste wasgecoate materialen, of de dynamische specif ieke breukarbeid van poly-etheen.

In beide gevallen is de meetapparatuur ontoereikend, bij de wrijvings-coefficient van wasgecoate materialen doordat een deel van de waslaag zich hecht aan het onderliggende metaal, bij de trekslagproefmeting omdat polyetheen een zeer grote rek heeft.

Bij het berekenen van de zeefmatrix worden nu voor

P.-u.

zowel "rnm"

1. J

als getallen aangeboden. In de zeefmatrix wordt nu "nvt-2c" geschreven. Het lijkt wellicht wat subjectief te stellen, dat een fys. eig. niet van belang is als hij niet meetbaar is. Dit is echter verdedigbaar, met name omdat de laboratoriumproeven behalve als fysische experimenten ook als sterk vereenvoudigde imitaties van gebeurtenissen op machines zijn te beschouwen. Ook op een machine zou vervuiling door een was-coating optreden, reden waarom men glijdende wrijving tussen materiaal en machine zal vermijden en ook op een machine komt breuk van een polyetheenbaan niet voor.

Stelling I en 2 hebben de prettige eigenschap, dat ze gehanteerd kunnen

worden zonder bij de berekening essentiele nieuwe gegevens in te voeren. Er blijft echter nog een aanzienlijke hoeveelheid irrelevante infor-matie in de uitvoer staan, die ten dele door stellingen met een meer pragmatisch karakter kan warden geelimineerd.

Stelling 3

Een P. die alleen voor een van de twee zijden van het

verpakkings-1.

materiaal gedefinieerd is, kan de loopeigenschappen op een U. nooit J

beinvloeden als alleen de andere zijde in aanraking komt met de machine.

Voorbeeld: De wrijvingscoefficient aan de binnenkant van de folie bij de u.o. "vormen met schouder".

In de zeefmatrix wordt dan "nvt-3" geprint voor de betreffende

combinatie van P. en

u.

Stelling 4

Thermische P.'s zijn niet van belang voor niet-thermische U.'s

l J

Deze stelling is zo vanzelfsprekend, dat hij geen toelichting behoeft. In de zeefmatrix is dit aangegeven met "nvt-4".

Stelling 5 3 )

Als voor een u.o. minder dan n maal numerieke waarden van fysische eigenschappen worden ingevoerd in de zeefmatrix, mag met deze waarden geen rekening worden gehouden.

n is hierbij een van te voren vastgesteld getal.

De reden hiervoor is, dat bij te weinig aangeboden gegevens op een plaats P.-U. in de zeefmatrix er onvoldoende zekerheid is, dat de

l J

berekende grenzen in redelijke mate gelijk zijn aan de fysisch mogelijke

grenzen. In eerste instantie is n

=

6 gekozen. In de zeefmatrix wordt

n < 6 aangegeven door "nvt-5".

Door deze maatregelen, geformuleerd in de stellinge I t/m 5 wordt het

percentage zinvolle informatie in de uitvoer belangrijk verhoogd. Bovendien kunnen nu op grond van de zeefmatrix uitspraken worden gedaan over de vraag of bepaalde fysische eigenschappen al of niet belangrijk zijn voor de machineverwerkbaarheid. Immers,

(a) Als voor alle U. een P. nvt I, 2, 3 of 4 is, is P. niet van

J l l

belang voor de machineverwerkbaarheid.

(b) Als voor alle P. een U. nvt I, 2, 3 of 4 is, is U. een alleseter.

l J J

(c) Als voor alle U. van een machine een P. nvt I, 2, 3 of 4 is, is

J l

P. niet van belang voor die machine.

l

(d) Als alle vakjes in de zeefmatrix nvt z1Jn, is de hier voorgestelde rekenwijze niet uitvoerbaar.

3