La rénovation donne une nouvelle vie aux machines à filer

Safilin, une société associant le capital français à l'expertise polonaise, fabrique des produits à base de lin et de chanvre, notamment des fils utilisés dans les secteurs de l'habillement, de l'ameublement, des textiles techniques, de l'alimentation, de l'automobile et de nombreuses autres industries. L'entreprise produit également des mèches pour matériaux composites, ainsi que des ficelles et des fils torsadés pour diverses applications. En Pologne, Safilin gère des sites de production à Miłakowo et Szczytno. Ce dernier site abrite à la fois une filature humide et une usine de peignage. L'usine produit environ 2 000 tonnes de produits finis par an. Pour le filage sur sol mouillé, elle 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 ses équipements existants et de tirer parti de son expertise approfondie en matière de processus pour se forger un avantage concurrentiel dans la production de fils de lin. Soucieuse de 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 en la renommant PZ-KA. La décision de moderniser les machines vieillissantes a permis d'automatiser les processus et de visualiser en temps réel les paramètres de production, ce qui a permis d'améliorer l'efficacité opérationnelle et de réaliser d'importantes économies de coûts. L'un des principaux facteurs de succès a été la création d'une équipe de projet complète, réunissant des spécialistes de Safilin issus de différentes disciplines qui ont activement contribué à l'initiative.

Le processus de filage du lin consiste à dessiner et à tordre simultanément une mèche traitée chimiquement, c'est-à-dire une lamelle de lin prétraitée et légèrement torsadée d'une densité linéaire spécifiée.

»Sur le site de Szczytno, la filature est réalisée selon la méthode de filage humide. Une bobine mobile est placée sur le châssis de la filature, où commence le processus de « préparation à la filature ». Cela implique de faire passer le vélo dans un bain-marie maintenu entre 18 et 22 °C, puis de le faire passer à travers une série de guides qui lui permettent de se détendre progressivement et de manière contrôlée,»
explique Aleksandra Kaszubowska, ingénieure des procédés chez Safilin.

La machine PM88 était composée 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 motrice par le biais d'un système d'engrenages, de chaînes et de courroies. En fait, l'ensemble du mécanisme, composé d'une cinquantaine de composants, principalement des engrenages droits, était entraîné par un seul moteur électrique.

»Cette solution a rendu difficile la modification 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 mécaniques ont dû être utilisés, tels qu'un mécanisme à cliquet pour contrôler les mouvements cycliques. Cela a nécessité des réglages précis et a 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 relatifs au projet de rénovation ont débuté 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. Lors de la modernisation, plusieurs composants ont été remplacés, notamment le train d'engrenages, qui a été remplacé par des systèmes servo-entraînés. Les roulements et les arbres de transmission ont également été modifiés pour fonctionner dans les nouvelles conditions. Ces modifications ont permis de régler avec précision les paramètres de fonctionnement de la machine, améliorant ainsi de manière significative les performances globales.

»Grâce aux servomoteurs, il n'est plus nécessaire d'intervenir manuellement dans le système d'entraînement, ce qui élimine le besoin de remplacer les engrenages. Les paramètres de la machine sont désormais ajustés via le contrôleur PLC. De plus, nous avons une visibilité complète de tous les paramètres de chaque section de travail de la machine, ce qui permet de reconfigurer rapidement et facilement les paramètres et d'optimiser le processus de production,» explique Maciej Rusinek, ingénieur énergétique en chef chez Safilin.

»Nous avons optimisé la durabilité des principaux composants 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 en mécanique chez Safilin.

La réduction du nombre de composants mécaniques a également facilité la maintenance en offrant un meilleur accès aux pièces critiques, réduisant ainsi de manière significative les temps d'arrêt. Dans l'ensemble, ces améliorations ont contribué à améliorer l'efficacité des machines et à améliorer leur fiabilité opérationnelle.

Armoire 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 désormais équipé d'un nouveau système de sécurité conçu conformément aux exigences identifiées lors du processus d'évaluation des risques. Entre autres caractéristiques, la machine est équipée de boutons d'arrêt d'urgence standard en forme de champignon.

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

L'automatisation est contrôlée par Processeur Siemens intégré au contrôleur SIMATIC S7-1500, qui coordonne le fonctionnement des servocommandes et des autres composants de la machine. Parmi ses fonctions figurent la synchronisation des vitesses et des processus d'entraînement, ainsi que le contrôle des électrovannes et des systèmes de ventilation. Le panneau de commande HMI TP1200 Comfort, gère à son tour les fonctions de base de la machine. Il permet de diagnostiquer les composants du système, y compris les variateurs, et de contrôler et de surveiller les paramètres du processus. Le panneau affiche également les principales données de fonctionnement, telles que le niveau de remplissage de la canette 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 les données de production, de les traiter et de les analyser afin d'optimiser les processus de fabrication.

»Les données collectées 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 la machine sont enregistrés, dont les plus importants sont la vitesse de la broche, l'oscillation du rail annulaire, la vitesse d'avance et la cadence de livraison,» explique Jan Słowiński.

»Dans le cadre du projet, les serveurs d'applications ont été configurés pour collecter des données de production en direct. La transmission des données est rationalisée par l'environnement d'orchestration des processus Node-RED, qui permet d'automatiser les flux de données entre les différents systèmes. Combiné à l'utilitaire de planification cron, cela nous donne une flexibilité totale pour définir quand et comment les informations sont transmises. Toutes les données machine collectées sont stockées dans une base de données SQL,» explique Maciej Chudziński, ingénieur logiciel chez Safilin.

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

Les résultats obtenus grâce à la modernisation du PM88 ont été si bons 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. Parmi les autres avantages, citons une sécurité opérationnelle accrue et une amélioration significative des conditions de travail, grâce à la réduction des niveaux sonores de 94 dB à 89,5 dB. La qualité du produit fini s'est également améliorée, notamment en termes de résistance et d'uniformité 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 baisse 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.