NUEVAS ESTRATEGIAS DE OPTIMIZACIÓN EN PROCESOS DE PESAJE MULTICABEZAL

Abstract

In the last few years, the food packaging industry has experienced a lot of growth. There are many factors that have contributed to this growth and some of them include modern concepts and advancement in technology. Managers of food industry must consider how to maintain profitability in an increasingly competitive market, while providing customers with high quality products and efficient service. Further automation of packing lines can help food companies meet these requirements; for example, multihead weighers used in the multihead weighing processes. Multihead weighing technology has revolutionised the packaging lines and it is used to reduce product and process variability. A multihead weigher consists of various weighing heads or hoppers that ensures that products are weighed very quickly and accurately. This enables the desired amount of product to be determined and packed according to the precise weight (nominal value or target). It can be installed as part of an integrated weighing and packing line or interfaced with existing packing equipment. Moreover, it is ideal for precise and fast weighing of products ranging in size, from granulates to large and bulky products. In this doctoral thesis, it sets out to analyse and compare a set of strategies designed to optimize the packaging process in multihead weighers and minimize the variability in weight of the packed product. We used monoobjective and multiobjective optimization techniques, the variability reduction index, the Taguchi loss function and a statistical analysis, to identify and establish the more accurate strategy in terms of variability in weight of the package. The improvement approach that we propose is practical and it is based on the study of the filling setting of hoppers for find the optimum operational conditions of the multihead weigher. For each strategy, exact algorithms which follow an explicit enumerative strategy or exhaustive search were developed to evaluate the several values of the number of combined hoppers. In the proposed multiobjective approach, the algorithms use an innovative a priori strategy to generate Pareto-optimal solutions and select a subset of hoppers in each packing operation, in such a way that the relative importance of the objectives is dynamically managed and adjusted. Once the packing process has been improved, this is monitored and controlled through the design of a modified control chart.

En los últimos años, la industria del envasado de alimentos ha experimentado un gran crecimiento. Existen muchos factores que han contribuido a este crecimiento y algunos de ellos incluyen conceptos modernos y avances en la tecnología. Los gerentes de la industria alimentaria deben velar por mantener la rentabilidad en un mercado cada vez más competitivo, al tiempo de proporcionar a los clientes productos de alta calidad y un buen servicio. Una mayor automatización de las líneas de envasado puede ayudar a estas empresas a cumplir con los requisitos de calidad y servicio; por ejemplo, las pesadoras multicabezal utilizadas en los procesos de pesaje multicabezal. La tecnología de pesaje multicabezal ha revolucionado las líneas de envasado y se utiliza para reducir la variabilidad de productos y procesos. Una pesadora multicabezal consta de varios cabezales de pesaje o tolvas que garantizan que los productos sean pesados con mucha rapidez y precisión. Esto permite envasar la cantidad deseada de un producto de acuerdo con su peso objetivo (valor nominal). Puede instalarse como parte de una línea integrada de pesaje y envasado o conectarse con equipos de envasado existentes. Además, es ideal para el pesaje preciso y rápido de productos que varían en tamaño, desde granulados a productos grandes y voluminosos. En la presente Tesis Doctoral, se desarrolla un conjunto de estrategias diseñadas para optimizar el proceso de envasado en pesadoras multicabezales y minimizar la variabilidad en el peso del producto envasado. Para esto, se utilizan técnicas de optimización monoobjetivo y multiobjetivo, el índice de reducción de variabilidad, la función de pérdida de Taguchi y un análisis estadístico para identificar y establecer la estrategia que ofrezca el mejor rendimiento en términos de variabilidad en el peso del paquete. El enfoque de mejora que proponemos es práctico y se basa en el estudio del ajuste de llenado de las tolvas para encontrar las condiciones operativas óptimas de la pesadora multicabezal. Para cada estrategia, se desarrollaron algoritmos exactos los cuales siguen una estrategia enumerativa explícita o búsqueda exhaustiva para evaluar distintos valores del número de tolvas combinadas. En el enfoque multiobjetivo propuesto, los algoritmos utilizan una novedosa estrategia a priori para generar soluciones Pareto-óptimas y seleccionar un subconjunto de tolvas en cada operación de envasado, de tal manera que la importancia relativa de los objetivos considerados es dinámicamente gestionada y ajustada. Una vez que el proceso de envasado ha sido mejorado, este se monitorea y controla a través del diseño de un gráfico de control modificado.

En els últims anys, la indústria de l'envasament d'aliments ha experimentat un gran creixement. Existeixen molts factors que han contribuït a aquest creixement i alguns d'ells inclouen conceptes moderns i avanços en la tecnologia. Els gerents de la indústria alimentària han de vetlar per mantenir la rendibilitat en un mercat cada vegada més competitiu, tot proporcionant-hi alhora als clients productes d'alta qualitat i un bon servici. Una major automatització de les línies d'envasament pot ajudar aquestes empreses a complir amb els requisits de qualitat i servici; per exemple, les pesadores multicapçal utilitzades en els processos de pesatge multicapçal. La tecnologia de pesatge multicapçal ha revolucionat les línies d'envasament i s'utilitza per a reduir la variabilitat de productes i processos. Una pesadora multicapçal consta de diversos capçals de pesatge o tremuges que garanteixen que els productes siguen pesats amb molta rapidesa i precisió. Açò permet envasar la quantitat desitjada de producte d'acord amb el seu pes objectiu (valor nominal). Pot instal¿lar-se com a part d'una línia integrada de pesatge i envasament o bé connectar-se amb equips d'envasament existents. A més, és ideal per al pesatge precís i ràpid de productes que varien en grandària, des de granulats fins a productes grans i voluminosos. En la present Tesi Doctoral es presenta un conjunt d'estratègies dissenyades per a optimitzar el procés d'envasament en pesadores multicapçal i minimitzar la variabilitat en el pes del producte envasat. Per a això, s'hi utilitzen tècniques d'optimització monoobjectiu i multiobjectiu, l'índex de reducció de variabilitat, la funció de pèrdua de Taguchi i una anàlisi estadística per identificar i establir l'estratègia que oferesca el millor rendiment en termes de variabilitat en el pes del paquet. L'enfocament de millora que hi proposem és pràctic i es basa en l'estudi de l'ajust d'emplenament de les tremuges per a trobar les condicions operatives òptimes de la pesadora multicapçal. Per a cada estratègia, es van desenvolupar algoritmes exactes, els quals segueixen una estratègia enumerativa explícita o cerca exhaustiva per avaluar diferents valors en el nombre de tremuges combinades. En l'enfocament multiobjectiu proposat, els algoritmes utilitzen una novedosa estratègia a priori per a generar solucions Pareto-òptimes i seleccionar un subconjunt de tremuges en cada operació d'envasament, de tal forma que la importància relativa dels objectius considerats és dinàmicament gestionada i ajustada. Una vegada que el procés d'envasament ha sigut millorat, és així mateix monitoritzat i controlat a través del disseny d'un gràfic de control modificat.