Dyskusja na temat opakowań sztywnych i elastycznych często rozpoczyna się w dziale marketingu. Menedżerowie ds. marki analizują wrażenie wizualne na półce, preferencje konsumentów, wygodę użytkowania oraz wyróżnienie wizualne. Do dyskusji włączają się menedżerowie ds. logistyki, aby negocjować kwestie związane z masą przesyłek i kosztami transportu. Niemniej jednak to zespół inżynierów i operacyjny ma najbardziej decydujący głos, który zazwyczaj jest brany pod uwagę na końcu.

Dla producenta wybór między opakowaniami sztywnymi (puszki, butelki, słoiki) a opakowaniami elastycznymi (torebki, saszetki, folie) to nie tylko kwestia wizerunku marki, ale także kwestia podstawowej infrastruktury. Decyduje on o tym, jak zostanie zaprojektowany układ hali produkcyjnej, jak skomplikowana będzie automatyzacja, ilu pracowników będzie potrzebnych oraz jaki będzie całkowity koszt posiadania (TCO).

W niniejszym przewodniku przenosimy punkt ciężkości z półki sklepowej na linię produkcyjną. Przyjrzymy się operacyjnym skutkom tych rozwiązań opakowaniowych, aby pomóc Państwu w ustaleniu rzeczywistego zwrotu z inwestycji (ROI) Państwa zakładu produkcyjnego.

Określenie konkurentów: opakowania sztywne a opakowania elastyczne

Zanim przystąpimy do analizy problemów inżynieryjnych, musimy najpierw zdefiniować pojęcia. Jak potwierdzi każdy ekspert w dziedzinie opakowań, te dwa rodzaje mają zupełnie odmienne wymagania dotyczące transportu materiałów w kontekście przemysłowych maszyn do napełniania i pakowania.

• Opakowania sztywne: Są to pojemniki, które nie zmieniają kształtu, gdy są puste, i zapewniają wsparcie konstrukcyjne dla produktu – w zależności od rodzaju produktu znajdującego się w środku.
  • Przykłady opakowań sztywnych: Puszki metalowe (blacha białego blachy, aluminium), butelki i słoiki szklane, butelki i pojemniki z twardego tworzywa sztucznego (HDPE, PET) oraz tuby z materiału kompozytowego.
  • Charakterystyka: Charakteryzują się stabilnością wymiarową, są wykonane ze sztywnych materiałów i nie ulegają odkształceniom w normalnych warunkach obróbki.
• Opakowania elastyczne: Są to pojemniki wykonane z elastycznych materiałów opakowaniowych, które zmieniają swój kształt w zależności od objętości produktu lub nacisku zewnętrznego.
  • Przykłady: Torebki stojące (SUP), płaskie saszetki, torebki plastikowe, folia w rolkach, folia owijająca oraz rękawy termokurczliwe.
  • Charakterystyka: Wykorzystują ten produkt do zapewnienia sobie podparcia lub specjalne wkładki wzmacniające, które zapewniają im stabilność. Elastyczne opakowania są bardzo podatne na odkształcenia podczas transportu i przeładunku.

Zrozumienie tej różnicy fizycznej ma kluczowe znaczenie. Sztywny pojemnik stanowi samodzielną jednostkę transportową na przenośniku; elastyczny pojemnik może wymagać użycia nośnika, krążka lub chwytaka robotycznego, aby przemieszczać się między stacjami.

Najbardziej odpowiednie zastosowania: dopasowanie produktu do opakowania

Chociaż wydajność produkcji jest najważniejszym czynnikiem, o rodzaju opakowania decydują zazwyczaj właściwości fizyczne produktu. W przemyśle spożywczym stosuje się szeroki wachlarz obu tych formatów.

Porównanie materiałów: koszt, ochrona i zrównoważony rozwój

Zanim przejdziemy do analizy maszyn, musimy omówić najczęściej pojawiające się argumenty dotyczące samych materiałów. Są to czynniki, które wpływają na koszt obliczeń zwrotu z inwestycji (ROI) w ramach danych wejściowych.

Efektywność transportu i magazynowania

W tym obszarze dyskusja koncentruje się na opakowaniach elastycznych. Niezaprzeczalną zaletą materiałów elastycznych pod względem matematycznym jest ich logistyka.

Ponieważ opakowania elastyczne są dostarczane w rolkach lub w postaci gotowych torebek w opakowaniach płaskich, przed napełnieniem nie zajmują one zbyt wiele miejsca. Jedna ciężarówka pustych torebek elastycznych może pomieścić tyle samo, co 15–25 ciężarówek pustych puszek sztywnych lub butelek szklanych. Opakowania elastyczne pozwalają producentom dysponującym ograniczoną przestrzenią magazynową lub importującym materiały opakowaniowe z zagranicy natychmiast zaoszczędzić na kosztach transportu przychodzącego i magazynowaniu surowców.

Ta zaleta traci jednak na znaczeniu po napełnieniu produktu. Stos napełnionych puszek jest stabilny i wytrzymały. Napełnione woreczki ułożone na palecie mogą wymagać zastosowania solidniejszych opakowań wtórnych — takich jak wytrzymałe kartony lub pudełka z tektury — aby zapewnić, że dolna warstwa nie zostanie zgnieciona pod ciężarem warstwy górnej.

Trwałość i ochrona produktu

Sztywne opakowania metalowe i z grubego tworzywa sztucznego zapewniają lepszą ochronę przed obciążeniami fizycznymi. Sztywny pojemnik pełni rolę powłoki ochronnej dla produktów delikatnych (np. chipsów, choć zazwyczaj pakowanych w woreczki z azotem) lub różnych produktów, które muszą wytrzymać długie łańcuchy dostaw w warunkach rozwijającej się infrastruktury.

Twarde materiały zapewniają solidną ochronę oraz wytrzymałe mechanicznie uszczelnienia o charakterze hermetycznym. Chronią one przed:

• Skutki fizyczne: Zapobieganie zgnieceniu podczas transportu.
• Światło: Metal zapewnia ochronę przed światłem typu 100%, zapobiegając utlenianiu olejów i tłuszczów.
• Szkodniki: Metal i szkło są nieprzepuszczalne dla gryzoni i owadów, co ma zasadnicze znaczenie przy długotrwałym przechowywaniu ziarna i proszków spożywczych.

Chociaż w elastycznych opakowaniach stosuje się folie wielowarstwowe, są one podatne na przebicie przez ostry przedmiot znajdujący się w kartonie transportowym lub na nieostrożne obchodzenie się z nimi. Chociaż materiały elastyczne są odporne na stłuczenie (w przeciwieństwie do szkła), nie mają takiej integralności strukturalnej jak rozwiązania sztywne.

Zrównoważony rozwój i wpływ na środowisko

Dyskusja na temat zrównoważonego rozwoju w branży opakowaniowej jest delikatna i często błędnie interpretowana.

Węgiel Argument (Zalety elastycznego rozwiązania): Opakowania giętkie charakteryzują się bardzo małą masą, co oznacza, że podczas transportu generują mniejszy ślad węglowy i wymagają mniejszego zużycia materiału niż opakowania szklane lub metalowe. Jeśli mierzy się ślad węglowy w momencie produkcji, opakowania giętkie zazwyczaj wypadają korzystniej.

Ten Argumenty za gospodarką o obiegu zamkniętym (Zalety materiałów sztywnych): Przetwarzanie po zakończeniu cyklu życia jest ukierunkowane głównie na materiały sztywne. Puszki metalowe (aluminiowe i z blachy białej) można poddawać recyklingowi w nieskończoność bez utraty jakości. Systemy zbiórki, sortowania i przetapiania metalu oraz szkła są na całym świecie dobrze rozwinięte. Elastyczne materiały opakowaniowe to zazwyczaj laminat złożony z różnych tworzyw sztucznych (np. PET połączony z PE i aluminium). Warstwy te trudno jest rozdzielić, a w większości gmin nie jest to opłacalne ekonomicznie. W rezultacie większość opakowań elastycznych trafia na wysypiska śmieci.

Opakowania sztywne mogą stanowić bardziej przekonujący argument dla marek, których cele w zakresie zrównoważonego rozwoju koncentrują się na możliwości recyklingu, podczas gdy opakowania elastyczne przemawiają do tych, które kładą nacisk na oszczędność energii.

Rzeczywistość w przemyśle wytwórczym: wydajność produkcji i operacje

W niniejszym rozdziale omówiono istotę strategii produkcyjnej w kontekście wyboru między opakowaniami elastycznymi a sztywnymi. Podczas gdy oszczędności kosztów są widoczne na fakturze, nieefektywność operacyjna stanowi niewidoczny koszt, który w dłuższej perspektywie zmniejsza rentowność.

Jako producent nie kupujesz jedynie opakowań, ale także proces produkcji. Rodzaj materiału, z którym pracujesz, decyduje o tym, jakiego rodzaju maszyn potrzebujesz, jak szybko możesz pracować oraz jak wysokie muszą być umiejętności techniczne Twoich operatorów.

Stabilność automatyzacji i prędkość linii produkcyjnej

Podstawowym kryterium rozróżnienia w automatyce jest środek ciężkości oraz integralność konstrukcyjna.

Produkt Speed jest pakowany w sztywne pojemniki. Ponieważ puszka lub butelka ma stałą podstawę i twarde ścianki, jej zachowanie na przenośniku taśmowym jest przewidywalne. Jest ona odporna na siły odśrodkowe generowane przez maszyny obrotowe pracujące z dużą prędkością.

• Wysoki Przepustowość: Linie sztywne są w stanie z łatwością osiągnąć wydajność na poziomie 300, 500, a nawet ponad 1000 pojemników na minutę (CPM).
• Precyzja: Geometria pojemnika jest stała, co oznacza, że można ją precyzyjnie kontrolować pod dyszami napełniającymi. Napełniarka obrotowa jest w stanie utrzymać butelkę za szyjkę lub podstawę i obracać ją z bardzo dużą prędkością, nie powodując jej zgniatania ani kołysania się.
• Prostota: Do transportu potrzebne są proste łańcuchy przenośnikowe i szyny prowadzące.

Opakowania elastyczne zachowują się podobnie jak ciecz lub tkanina; przed napełnieniem nie mają stabilnej postaci.

• Złożoność mechaniczna: Maszyna powinna podnieść woreczek, otworzyć go za pomocą przyssawek, utrzymać go w pozycji otwartej za pomocą chwytaków, napełnić go, a następnie rozciągnąć, aby go zamknąć. Wszystkie te operacje mechaniczne stanowią potencjalne punkty awarii.
• Ograniczenia prędkości: Ograniczeniem fizycznym związanym z transportem torebek z miękkim dnem jest to, że maszyny pracujące w trybie przerywanym (liniowe urządzenia typu „pick-fill-seal”) osiągają zazwyczaj wydajność na poziomie 40–60 torebek na minutę na tor. Aby nadążyć za wydajnością pojedynczej sztywnej napełniarki obrotowej, konieczne jest stosowanie złożonych, wielotorowych maszyn pracujących w trybie ciągłym, które są znacznie droższe i trudniejsze w utrzymaniu.
• Podsumowanie: Gdy model biznesowy opiera się na produkcji wielkoseryjnej jednego produktu (SKU) w celu uzyskania niskich kosztów jednostkowych, sztywne opakowania w większym stopniu ograniczają szybkość produkcji i wydajność automatyzacji.

Szczelność i kontrola jakości

Uszczelnienie stanowi najważniejszy punkt kontroli w przypadku produktów spożywczych. Brak uszczelnienia prowadzi do psucia się produktów, wycofywania ich z rynku i nadszarpnięcia wizerunku marki.

Sztywne opakowanie jest zazwyczaj zamykane mechanicznie. W przypadku puszek metalowych stosuje się proces podwójnego zgrzewania.

• Niezawodność: Połączenie jest w całości mechaniczne – polega na zazębianiu się metalowych haczyków pod wysokim ciśnieniem. Nie wymaga ono wiązania chemicznego ani utrzymywania temperatury przez określony czas.
• Kontrola jakości: Maszyna do zgrzewania to urządzenie wyposażone w rolki o wysokiej precyzji. Jakość zgrzewu można sprawdzić na podstawie ustalonych parametrów (głębokość pogłębienia, grubość zgrzewu). Technologie takie jak próba spadku podciśnienia czy wykrywanie wadliwych opakowań (na podstawie charakterystycznego trzasku pokrywki) pozwalają na przeprowadzenie 100-procentowej kontroli przy pełnej prędkości.

Opakowania elastyczne opierają się na zgrzewaniu. Wymaga to uwzględnienia trzech zmiennych: temperatury, ciśnienia i czasu.

• Ryzyko zanieczyszczenia: Jeśli podczas procesu napełniania do obszaru zgrzewania dostanie się produkt (pył, rozpryski cieczy, olej), zgrzew nie będzie skuteczny. Nazywa się to zanieczyszczeniem zgrzewu.
• Stopień trudności kontroli: Wykrycie mikroprzecieku w elastycznym woreczku jest niezwykle trudne. Powolnych przecieków nie zawsze da się wykryć poprzez ściskanie woreczka. Badania nieniszczące woreczków (takie jak ultradźwiękowa kontrola zgrzewów) są kosztowne i mogą stanowić wąskie gardło.
• Podsumowanie: W przypadku produktów wymagających szczególnej ostrożności, takich jak preparaty dla niemowląt, nabiał czy wędliny o długim okresie przydatności do spożycia, mechaniczna niezawodność sztywnego podwójnego zgrzewu zapewnia znacznie większy margines bezpieczeństwa i ułatwia zapewnienie jakości.

Przestawianie urządzeń i elastyczność

Elastyczność w produkcji to szybkość, z jaką można przełączać się między produkcją produktu A a produktu B.

Sztywne linie produkcyjne są zazwyczaj mniej elastyczne, jeśli chodzi o dostosowanie się do zmian rozmiaru opakowań.

• Proces: Aby przestawić maszynę z puszek o pojemności 300 ml na puszki o pojemności 500 ml (o innej średnicy), operatorzy będą musieli ręcznie zdjąć i zamontować elementy zamienne. Dotyczy to kół gwiaździstych, śrub synchronizujących, szyn prowadzących oraz uchwytów uszczelniających.
• Koszt: Elementy te są nieporęczne, drogie w produkcji i wymagają miejsca do przechowywania. Ich wymiana może trwać wiele godzin, co powoduje długie przestoje.
• Zastosowanie: Linie sztywne najlepiej sprawdzają się w przypadku dedykowanych cykli produkcyjnych, w których maszyna przetwarza ten sam pojemnik przez kilka dni lub tygodni.

W tym zakresie przewagę mają nowoczesne maszyny do pakowania w opakowania elastyczne, a zwłaszcza maszyny do produkcji gotowych woreczków.

• Proces: Zmianę szerokości worka zazwyczaj przeprowadza się poprzez wprowadzenie nowej receptury do interfejsu człowiek-maszyna (HMI). Szerokość chwytaków jest automatycznie regulowana za pomocą serwomotorów.
• Zaleta: Wystarczy kilka narzędzi, aby w mniej niż 30 minut przekształcić małą torebkę na przekąski w duże opakowanie rodzinne.
• Podsumowanie: Szybka zmiana wyposażenia elastycznego stanowi ogromną korzyść operacyjną dla firm zajmujących się pakowaniem na zlecenie (producentów kontraktowych), które obsługują dziesiątki klientów i pozycji asortymentowych dziennie.

Paradoks powierzchni użytkowej: magazyn a fabryka

To mit, że opakowania elastyczne pozwalają zaoszczędzić miejsce. Jak wspomniano powyżej, pozwalają one wprawdzie zaoszczędzić miejsce w magazynie, jednak często zajmują znacznie więcej powierzchni produkcyjnej.

Kontrast: Tak, 20 palet puszek odpowiada jednej palecie rolek folii. Opakowania elastyczne z pewnością przypadną do gustu kierownikowi magazynu.

Ten Paradoks: Twój kierownik produkcji może mieć inne wyobrażenie sytuacji. Aby osiągnąć wydajność na poziomie 300 sztuk na minutę:

• Rozwiązanie typu „Rigid”: Może to wymagać zastosowania pojedynczego monobloku z rotacyjną napełniarką tłokową i zamyzaczką. Ma on niewielkie wymiary, prawdopodobnie około 4 metrów na 3 metry.
• Elastyczne rozwiązanie: Pojedyncza obrotowa maszyna do pakowania w woreczki może pracować z wydajnością zaledwie 50 sztuk na minutę. Aby osiągnąć wydajność 300 sztuk na minutę, potrzeba sześciu takich maszyn ustawionych obok siebie oraz skomplikowanego systemu dystrybucji na wcześniejszym etapie procesu, który będzie dostarczał produkt do sześciu lejek zasypowych.

Byliśmy świadkami, jak fabryki przechodziły na stosowanie saszetek zamiast puszek, by wkrótce przekonać się, że muszą powiększyć powierzchnię zakładu, aby pomieścić wymaganą liczbę maszyn do produkcji saszetek i osiągnąć taki sam poziom wydajności jak wcześniej. Przy obliczaniu zwrotu z inwestycji (ROI) należy uwzględnić wydajność na metr kwadratowy powierzchni produkcyjnej. Linie do produkcji opakowań sztywnych niemal zawsze zapewniają większą gęstość produkcji.

Ostateczna ocena: Wybór w oparciu o model biznesowy

Wreszcie wybór rodzaju opakowania stanowi kompromis między kosztami logistyki a wydajnością produkcji.

• Wybierz opakowania elastyczne, jeśli: Jesteś firmą zajmującą się pakowaniem na zlecenie, oferującą szeroki asortyment produktów (SKU); Twój łańcuch dostaw jest długi i wrażliwy na koszty transportu; albo kierujesz swoją ofertę do grupy docelowej zwracającej uwagę na ekologię, która utożsamia lekkość z zrównoważonym rozwojem. Typowe przykłady opakowań elastycznych, takie jak woreczki, zapewniają kompaktową ochronę dla konsumentów korzystających z produktów w drodze.
• Wybierz opakowanie sztywne, jeśli: Jesteś właścicielem marki produkującej duże ilości podstawowych wyrobów; Twój produkt musi być odporny na działanie próżni lub ciśnienia; potrzebujesz szybkiej automatyzacji, aby obniżyć koszty jednostkowe; albo Twój produkt wymaga najwyższych standardów szczelności i trwałości. Chociaż sztywne opakowania mają pewne wady związane z wagą, ich zalety w zakresie szybkości i niezawodności często przeważają nad nimi.

Jeśli Twoja analiza dotyczy niezawodności, szybkości i zabezpieczenia opakowań sztywnych, kolejnym krokiem jest wybór sprzętu, który pozwoli w pełni wykorzystać te zalety.

O godz. Levapack, specjalizujemy się w wysoce precyzyjne rozwiązania w zakresie konserwowania i pakowania na wymagającym rynku. Dzięki ponad 18-letniemu doświadczeniu inżynierskiemu i obecności w ponad 100 krajach rozumiemy specyficzne potrzeby producentów – od małych i średnich przedsiębiorstw po globalnych eksporterów. Nasze urządzenia – od systemów próżniowego napełniania azotem przeznaczonych do proszków o wysokiej wartości po wytrzymałe linie do rozlewania płynów o dużej lepkości – są konstruowane z naciskiem na stabilność i trwałość.

Korzystamy z komponentów najwyższej jakości (Siemens, SMC, Mitsubishi) oraz elementów obrabianych na maszynach CNC z tolerancją 2 μm, aby zapewnić płynną pracę Państwa linii produkcyjnej, zmiana po zmianie. Niezależnie od tego, czy potrzebują Państwo 14-miesięcznej gwarancji, indywidualnego projektu układu, czy też porady dotyczącej optymalizacji procesu zgrzewania, nasz zespół jest gotowy do pomocy.

Skontaktuj się z firmą Levapack już dziś, aby omówić, w jaki sposób możemy zaprojektować linię do produkcji opakowań sztywnych, która zwiększy zwrot z inwestycji w Twoją produkcję.