La modernisation donne une nouvelle vie aux machines à filer

Safilin, une entreprise qui combine le capital français et l'expertise polonaise, fabrique des produits à base de lin et de chanvre, y compris des fils utilisés dans les secteurs de l'habillement, du mobilier, des textiles techniques, de l'alimentation, de l'automobile et de nombreuses autres industries. La société produit également des ficelles pour les matériaux composites, ainsi que des ficelles et des fils torsadés pour une variété d'applications. En Pologne, Safilin exploite des installations de production à Miłakowo et Szczytno. Ce dernier site abrite à la fois une filature humide et une usine de peignage. L'installation produit environ 2 000 tonnes de produits finis par an. Pour le filage humide, il utilise des machines PM88, communément appelées PM. Ces machines sont en service depuis 1982, ce qui signifie qu'elles fonctionnent depuis plus de 40 ans. Dans le cadre de sa stratégie industrielle, l'entreprise a décidé d'explorer des alternatives à son équipement existant et de tirer parti de sa profonde expertise en matière de processus pour se doter d'un avantage concurrentiel dans la production de fil de lin. Cherchant à tirer le meilleur parti de ses actifs existants, l'équipe de direction a lancé un programme de modernisation visant à donner une seconde vie à la machine PM tout en la renommant PZ-KA. La décision de moderniser les machines vieillissantes a permis l'automatisation des processus et la visualisation en temps réel des paramètres de production, ce qui a permis d'améliorer l'efficacité opérationnelle et d'importantes économies de coûts. Un facteur clé de succès a été la création d'une équipe de projet complète, réunissant des spécialistes Safilin de diverses disciplines qui ont activement contribué à l'initiative.

Le processus de filage du lin consiste à dessiner et à tordre simultanément un lambeau traité chimiquement, c'est-à-dire un ruban de lin prétraité et légèrement tordu d'une densité linéaire spécifiée.

»À l'usine de Szczytno, le filage est effectué en utilisant la méthode de filage humide. Une bobine mobile est placée sur le cadre tournant, là où commence le processus de « préparation de filage ». Cela implique de passer le mouvement à travers un bain-marie maintenu à 18-22°C, puis à travers une série de guides qui lui permettent de se détendre progressivement et de manière contrôlée,»
explique Aleksandra Kaszubowska, ingénieure de processus chez Safilin.

La machine PM88 se composait de trois composants principaux : une armoire électrique, une armoire mécanique et un module de travail. L'armoire mécanique a été conçue pour transmettre la puissance d'entraînement à travers un système d'engrenages, de chaînes et de courroies. En fait, l'ensemble du mécanisme, comprenant environ 50 composants, principalement des engrenages à embout, était entraîné par un seul moteur électrique.

»Cette solution a rendu difficile le changement des paramètres de la machine, car elle nécessitait une intervention manuelle, y compris le remplacement des engrenages pour modifier les rapports de transmission. De plus, des composants de réglage mécanique devaient être utilisés, comme un mécanisme à cliquet pour contrôler le mouvement cyclique. Cela a nécessité des réglages précis et prolongé le temps nécessaire pour adapter la machine à une nouvelle gamme de produits,»
se souvient Aneta Siemak, superviseure du département de filature.

Les travaux sur le projet de modernisation ont commencé en mai 2023 et se sont poursuivis jusqu'en juillet 2024. L'ensemble de l'armoire mécanique a été repensé et adapté pour l'installation de servomoteurs. Au cours de la modernisation, plusieurs composants ont été remplacés, y compris le train d'engrenages, qui a été remplacé par des systèmes servomoteurs. Les ensembles de roulements et les arbres d'entraînement ont également été modifiés pour fonctionner dans les nouvelles conditions. Ces changements ont permis un ajustement précis des paramètres de fonctionnement de la machine, améliorant considérablement les performances globales.

»Grâce aux servomoteurs, il n'y a plus besoin d'intervention manuelle dans le système d'entraînement, éliminant ainsi la nécessité de remplacer les engrenages. Les paramètres de la machine sont maintenant ajustés via le contrôleur PLC. De plus, nous avons une visibilité complète de chaque paramètre dans chaque section de travail de la machine, permettant une reconfiguration rapide et facile des réglages et l'optimisation du processus de production,» déclare Maciej Rusinek, ingénieur en chef de l'énergie chez Safilin.

»Nous avons optimisé la durabilité des composants clés de la transmission de puissance, tels que les roulements, les arbres et autres assemblages, ce qui a considérablement amélioré la fiabilité de l'ensemble du système,» ajoute Kamil Baran, ingénieur mécanique chez Safilin.

La réduction du nombre de composants mécaniques a également facilité la maintenance en offrant un meilleur accès aux pièces critiques, réduisant considérablement les temps d'arrêt. Dans l'ensemble, ces améliorations ont contribué à une plus grande efficacité de la machine et à une plus grande fiabilité opérationnelle.

Cabinet de commande électrique avant la modernisation.

Grâce à la modernisation, la sécurité de fonctionnement de la machine a également été considérablement améliorée. Le PZ-KA est maintenant équipé d'un nouveau système de sécurité conçu conformément aux exigences identifiées par le processus d'évaluation des risques. Entre autres caractéristiques, la machine a été équipée de boutons d'arrêt d'urgence standard de type champignon.

»Le système de sécurité est supervisé par un relais de sécurité programmable de la famille SIRIUS 3SK2. En plus de la fonction d'arrêt d'urgence de base, une fonction de demande de déverrouillage a également été implémentée, permettant d'arrêter la machine en toute sécurité,» déclare Ewelina Radomska, spécialiste de la santé, de la sécurité et de l'environnement.

L'automatisation est contrôlée par le CPU Siemens intégré au SIMATIC S7-1500 controller, qui coordonne le fonctionnement des servomoteurs et autres composants de la machine. Parmi ses fonctions figurent la synchronisation des vitesses et des processus d'entraînement, ainsi que le contrôle des vannes électromagnétiques et des systèmes de ventilation. Le panneau de commande de l'IHM TP1200 Comfort, à son tour, gère les fonctions de base de la machine. Il permet de diagnostiquer les composants du système, y compris les lecteurs, et assure le contrôle et la surveillance des paramètres de processus. Le panneau visualise également les données de fonctionnement clés, telles que le niveau de remplissage de la bobine sur laquelle le fil est enroulé.

Le projet de modernisation des machines comprenait un large éventail d'activités liées à l'intégration technologique et à la mise en œuvre de nouvelles solutions informatiques. L'objectif principal de cette partie du projet était de créer un système capable de collecter numériquement des données de production, de les traiter et de les analyser pour optimiser les processus de fabrication.

»Les données recueillies permettent de recréer une image complète du fonctionnement de la machine, ce qui nous permet d'identifier les problèmes potentiels, de planifier des actions correctives et d'améliorer l'efficacité opérationnelle. Plus de 120 paramètres de machine sont enregistrés, dont les plus importants incluent la vitesse de broche, l'oscillation du rail annulaire, le débit d'alimentation et le taux de livraison,» dit Jan Słowiński.

»Dans le cadre du projet, des serveurs d'applications ont été configurés pour collecter des données de production en direct. La transmission de données est rationalisée par l'environnement d'orchestration de processus Node-Red, qui permet l'automatisation des flux de données entre différents systèmes. Combiné à l'utilitaire cron scheduling, il nous donne une flexibilité totale dans la définition du moment et de la manière dont les informations sont transmises. Toutes les données de la machine collectées sont stockées dans une base de données SQL,» explique Maciej Chudziński, ingénieur Software chez Safilin.

La dernière étape de la mise en œuvre informatique a été le développement d'un système de visualisation de données dans Power BI. Cette plateforme permet la création de rapports interactifs et de tableaux de bord analytiques qui fournissent aux utilisateurs des informations claires et dynamiques sur les performances de production. Ces visualisations soutiennent l'identification des problèmes et facilitent la prise de décision basée sur les données.

Les résultats obtenus grâce à la modernisation du PM88 ont été si réussis que l'usine prévoit de moderniser des machines supplémentaires. Selon les hypothèses du projet, le retour sur investissement devrait être atteint en un peu plus d'un an. Les autres avantages comprennent une sécurité opérationnelle accrue et une amélioration significative des conditions de travail, grâce à une réduction des niveaux de bruit de 94 dB à 89,5 dB. La qualité du produit fini s'est également améliorée, notamment en termes de résistance et de régularité du fil. Grâce aux solutions informatiques mises en œuvre, les indicateurs de qualité des fils sont désormais surveillés en permanence dans Power BI.

Les avantages financiers proviennent principalement de la réduction des coûts de production du fil, obtenue grâce à une augmentation d'environ 19 % de la productivité des machines. En termes absolus, la production moyenne est passée de 176 kg par jour à 209,5 kg par jour.