Archive for the ‘pakkaussuunnittelu’ Category

Vauriomekanismit pudotuksessa

4.5.2014

Pudotuksessa tuotteen vaurioitumiseen vaikuttavat sekä kiihtyvyys että nopeuden muutos. Kiihtyvyyteen vaikuttavat iskuhetken nopeus ja joustomatka. Nopeuden muutokseen pudotuksen tapauksessa vaikuttaa lähinnä pudotuskorkeus, joka määrittää nopeuden iskuhetkellä. Nopeuden muutoksen voi ymmärtää myös energiamäärän vapautumisena törmäyksessä.

Jokaisella tuotteella on olemassa jokin tietty miniminopeus, jonka alapuolella ei vaurioita synny riippumatta kiihtyvyydestä. Erittäin suuria kiihtyvyyksiä saa kohdistettua tuotteelle esimerkiksi pudottamalla sen kovalle pinnalle. On helposti ymmärrettävissä, että aivan pienellä pudotusnopeudella ei vaurioita synny, sillä putoavan kappaleen energia on liian pieni vaurioitumiseen. Vastaavasti nopeus saa olla erittäin suuri, jos riittävällä vaimennuksella rajoitetaan kiihtyvyys pieneksi.  Pakkauksia suunniteltaessa ajatellaan yleensä kiihtyvyyden olevan rajoittava tekijä, mutta todellisuudessa erityisesti suurissa kappaleissa näin ei aina ole.

Tuotteelle ja sen yksittäisille komponenteille on mahdollista määrittää käyrä, joka kuvaa vaurioitumisrajan kiihtyvyyden ja nopeuden funktiona. Tällainen käyrä saadaan, kun tuotetta rasitetaan tärypöydällä erilaisilla parametreilla ja tarkastellaan syntyviä vaurioita. Teoreettisestikin tämän pystynee simuloinnilla selvittämään, mutta omalle kohdalle ei tällaista hanketta ole vielä osunut.

Pakkaussuunnittelun kannalta käyrässä on kaksi kiinnostavaa aluetta:

  1. Pieni nopeuden muutos. Mikäli pudotustestivaatimuksen asettama nopeuden muutos on niin pieni, että vaurioita ei kiihtyvyydestä riippumatta synny, ei tuotetta tarvitse suojata pudotuksia vastaan.
  2. Matala kiihtyvyys. Nopeuden ollessa niin suuri, että vaurioita voi syntyä, saadaan käyrästä luettua suurin sallittu kiihtyvyys, jota voidaan käyttää vaimentimien suunnitteluparametrina.

Pakkaussuunnittelua joudutaan valitettavasti tekemään lähes aina tilanteessa, jossa käyrä ei ole tunnettu. Näitä selvitetään yleensä vasta sitten, kun tiedetään tuotteen vaurioituvan poikkeuksellisen usein toimituksissa. Tällöin ollaan aina käyrällä sillä alueella, että nopeuden muutos on tarpeeksi suuri, jolloin haetaan lähinnä tietoa kiihtyvyysrajoista. Pakkaussuunnittelussa yleisempää on, että annetaan suunnitteluun lähtökohdaksi jokin kiihtyvyys, tyypillisesti 50 G, ja toteutetaan vaimennus tämän perusteella.

Arvioituun kiihtyvyysrajaan suunnittelun perustaminen johtaa toisinaan ylipakkaamiseen. Vaurioitumiskäyrän kertoo, että vaurio on kahden muuttujan funktio. Suunniteltaessa vaimennusta kiihtyvyyteen perustuen saattaa jäädä kokonaan huomioimatta, että nopeuden muutos on testissä sellaisella alueella, että tuote ei vaurioituisi kuitenkaan.

Damage boundary curve wikimedian mukaan. Vauriokäyrä on kuvattu mustalla.

Ei ole lahjaa kahvaan katsominen

22.12.2013

RD Velho huolehti tänäkin jouluna työntekijöidensä ravintotilanteesta antamalla lahjaksi mainion einespaketin. Sisällöllisesti paketti oli aivan mainio, mutta laatikon suunnittelija ei ollut ottanut kahvan yksityiskohdissa huomioon massiivista sisältöä. Pikagallupin mukaan kahvan pettämisprosentti nousi huolestuttavan suureksi. Jollakin se ei ollut hajonnut.

Kahvan tekeminen pahvilaatikkoon on vaikeaa. Sivusin aihetta syyskuussa esittelemällä Scanstar-kilpailutyön, jossa kahva oli toteutettu muoviosalla. Yleisesti ottaen muoviset kahvat tai vahvikenauhalla toteutetut kahvat ovat kestäviä myös hieman painavammissa pakkauksissa. Pelkällä pahvilla toteuteut kahvat ovat toimivia vain keveillä pakkauksilla.

Laatikon rakenne oli Fefco 0713S, josta tekee erikoisen nimenomaan kahva. Ongelmana oli, että kahva repesi juuresta irti. Rakenne oli tehty siten, että se muodostui kahdesta kahvasta, mikä vahvistaa sitä jonkin verran. Käytännössä kaksinkertainen rakenne ei kuitenkaan läheskään tuplaa kestävyyttä, sillä niiden saaminen toimimaan täsmälleen yhdessä on mahdotonta. Yleensä ensin kantaa toinen ja kun se alkaa hajota, tulee toinen osa mukaan. Hajoaminen tapahtuu yleensä nopeina peräkkäisinä tapahtumina. Tässä tapauksessa kahvan toimintaa haittaa vielä se, että pystysuorissa osissa on paperin kuitusuunta poikittain.

Pahvi on C-aaltoista ja kaikki paperit ovat asianmukaisesti ensikuitua. Papereiden grammapaino on luokkaa 200 g/m^2. Jos kestävyyttä suunnittelupöydällä tarkastellaan puhtaan teoreettisesti, voidaan kahvalle laskea huomattavan suuri vetolujuus. SCA kertoo 200 -grammaiselle kraftlinerille poikkikuituun vetolujuudeksi 8,2 kN/m. 3 cm kaistale yksiaaltoista pahvia kestäisi 75 kg. Tästä voisi vetää johtopäätöksen, että marginaalia on valtavasti, koska kahvoja on kaksi ja sisältö ei kuitenkaan painanut kuin ehkäpä nelisen kiloa.

Monimutkaisemmat laskelmat ovat suunnittelussa epätodennäköisiä, joten repeämisriskiä ei ole helppo havaita ennen kokeilua. Yksinkertainen vetolujuuden tarkastelu ei paljasta vauriomekanismia. Vaurio syntyi siten, että kahva lähti repeämään tyvialueelta. Kriittiseksi parametriksi nousee repeämislujuus, jonka suhteen paperit ovatkin oikein päin. Kuivana pahvi olisi varmasti kestänytkin, mutta kylmäkuljetuksessa kosteus nousee korkeaksi, jopa kondensoivaksi. Tällöin paperin ominaisuudet heikkenevät, eikä kuivana tehdyt kokeilut enää ole paikkansapitäviä.

Varmin tapa korjata ongelma on käyttää muovisia kahvoja. Laatikossa käytetty pahvi on tuntumani mukaan riittävän hyvää kestämään muovikahvan rasitukset. Toinen vaihtoehto olisi käyttää suuremmalla kahvalla olevaa rakennettea, kuten Fefco 0217. Jos kahvoissa suunnitteluvaiheessa nousee epäilys kestävyydestä, voidaan käytännössä olla varmoja, että lujuus ei riitä. Tässä asiassa ei pidä olla optimisti.

Rakenne petti kriittisestä paikasta.

Rakenne petti kriittisestä paikasta.

Kätevä korkki

8.12.2013

Pakkaussuunnittelu-blogin työryhmä, eli allekirjoittanut, jalkautui jokunen päivä sitten pakkausten pariin. Tämä tapahtui paikallisessa Citymarketissa, joka on pakkausten osalta todellinen graalin malja. Siellä näkee kaikkea hienoista kosmetiikkapakkauksista metyylibromidilla käsiteltyyn kiinalaiseen puuhun.

Kiinnostusta herätti tällä kertaa erityisesti uusi Valion 2 dl ruokakermapurkki. Purkin hienoutena on korkki, joka on laitettu vinosti taiteltuun kanteen. Pakkauksesta on saatu ilmeeltään näyttävä ja olettaisin saavutetun myös tilansäästöä verrattuna pystyssä olevaan korkkiin. Arvioni on, että laittamalla korkin suoran yläosan päälle joudutaan pakkauksen kokonaismittaa kasvattamaan enemmän. Suurempi vaikutus on varmasti ollut kuitenkin yleisilmeellä ja korkin käyttötuntumalla.

Korkkia ei saa keskitettyä sauman vuoksi, joten epäsymmetrisyys kannessa saa yleisilmeen paremmaksi. Kokonaisuudessaan korkki on sen verran iso elementti pakkauksen päällä, että rakennetta on varmasti jouduttu protoilemaan kerran jos toisenkin ennen tuotannollisen ratkaisun saamista.

Pakkaus on Tetra Pakin tuotantoa. Se ei ole varsinaisesti enää mikään uutuus, mutta merkittävää on pakkauksen päätyminen suomalaisiin maitotiskeihin. Pakkaus vaikuttaa ensituntumalta hyvältä, mutta pakkauksen erilaisuus ja järeähköt koneinvestoinnit tekevät käyttöönottopäätöksestä hitaan. Uuden innovaation suurin kynnys on käyttöönotto. Parhaillakaan keksinnöillä ei ole arvoa, jos ne jäävät myyntiesitteen koristeiksi. Käyttöönotossa vaaditaan uuden pakkauksen käyttäjältä rohkeutta tehdä käyttöönottopäätös. Oma mielipiteeni on, että Valion ratkaisu on sekä oikea että rohkea.

Uusi ruokakermapurkki.

Uusi ruokakermapurkki.

Konseptointi kannattaa

23.6.2013

Pakkaussuunnitteluprojektin alussa eri osapuolilla on hyvin lavea joukko vaatimuksia, jotka pitäisi ottaa suunnittelussa huomioon.Vaatimukset ovat usein ristiriidassa, mutta aloituspalaverin päättyessä kaikilla osapuolilla on käsitys, että heidän esittämänsä toiveet otetaan täysimääräisesti huomioon suunnittelussa.

Pakkaussuunnittelu on aina kompromissien tekemistä. Voi olla mahdotonta saada hyvä suojaus, pieni osien määrä ja pienet työkalukustannukset yhdistettyä samaan lopputulokseen. Suunnitteluvaiheessa käy helposti niin, että pakkaussuunnittelija tekee omat johtopäätöksensa vaatimusten tärkeysjärjestyksestä ja tekee suunnitelmansa tämän pohjalta.

Pakkauksen ollessa katselmointivaiheessa projektiryhmälle paljastuu, millaista lopputulosta ollaan tarjoamassa. Tässä vaiheessa projektiryhmä näkee, mitä oltiin tekemässä ja pääsee antamaan kommenttinsa. Vasta katselmointivaiheessa suunnitelma on niin konkreettinen, että eri sidosryhmien edustajat pystyvät konkreettisesti kertomaan tahtotilansa ja päästään yhteisymmärrykseen tärkeysjärjestyksestä. Toisella kierroksella sitten osutaan jo lähelle toivottua lopputulosta.

Tuotekehitysprojekteissa on pula ajasta ja rahasta. Evoluutioon perustuva suunnittelu kuluttaa molempia tarpeettoman paljon. Suunnittelukierrosten määrä täytyy pitää mahdollisimman pienenä. Pakkaussuunnittelussa on melko helppoa tehdä projektin alussa karkeita konsepteja erilaisista vaihtoehdoista. Näiden avulla projektiryhmä näkee, mitä ollaan tekemässä ja voidaan jo projektin alussa päättää, mitä todella halutaan.

Concurrent engineering-mallissa pyritään tekemään asioita rinnakkain. Usean vaihtoehdon rinnakkainen konseptointi on tämän mallin mukaista toimintaa.

 

ECMA-koodisto

9.6.2013

Kirjoitin aiemmin Fefcon aaltopahvirakenteiden koodistosta. Fefcon koodisto on pakkaussuunnittelijan näkökulmasta vain puolet totuudesta, sillä kartonkirakenteille on oma hieman suppeampi koodisto, jota ylläpitää ECMA.

ECMA on Eurooppalainen kartonkien tuottajien keskusjärjestö. Vastaava organisaatio kuin aaltopahvipuolen Fefco, eli vastuualueena on oman alan edunvalvonta. Valitettavasti Ecma on myös katsonut rakennestandardin myymisen omaksi toimialakseen, joten ECMAn katalogista joutuu maksamaan. Luettelon etsiminen netistä ei kyllä ole kovin vaikeaa.

Ecmalla on tarjolla runsaasti sellaisia rakenteita, jotka vaativat monipisteliimausta ja taitoksia, jotka eivät olisi aaltopahveilla mahdollisia. Jos suunnittelussa tulee vastaan tilanne, jossa on tekemässä aaltopahvista pakkausta ja löytää mieleisen rakenteen ECMAn luettelosta, kannattaa pysähtyä hetkeksi miettimään rakenteen toimivuutta. Osa rakenteista on mahdollista toteuttaa myös toisella materiaalilla, mutta ei läheskään kaikkia. Käytännössä kaikki ECMAn koodit, jotka voi toteuttaa aaltopahvista löytyy myös Fefcon listoilta.

Fefco-koodisto

12.5.2013

Fefco on järjestö, joka edustaa eurooppalaisia aaltopahvintuottajia. Suomalaisen pakkaussuunnittelijan näkökulmasta Fefcon suurin vaikutus näkyy erilaisissa standardeissa. Fefco julkaisee muun muassa kauppojen yhtenäisiä pakkausmittoja koskevaa standardia ja erilaisia pahvin ominaisuuksien mittausmenetelmiä. Tärkeimpänä on kuitenkin aaltopahvilaatikoiden vakiorakenteet määrittävä Fefco-Esbo code of designs -katalogi.

Esimerkiksi tilaamalla valmistajalta Fefco 0473 200x100x20 mm mitalla ja EUPS20-luokalla saa E-aaltoisen kirjalaatikon sisämitoilla 200x100x20 mm. Tästä voimme myös havaita, että kirjalaatikolla on Fefco-koodi toisin kuin viime viikolla väitin.

Fefco-koodien tarkoituksena on määritellä yksiselitteisesti tavallisimmat rakenteet. Näiden avulla voidaan helposti määrittää rakenne ilman, että sitä tarvitsee mitoittaa joka kerralla erikseen. Esimerkiksi Fefco 0427 osataan valmistaa pelkästää sisämittojen ja materiaalitiedon avulla. Jos rakenteen määrittäisi Peren konepiirustus I&II raamattujen avustuksella, olisi piirustus täynnä mittoja.

Lähes kaikki laatikko- ja sisäosarakenteet pystytään määrittämään Fefcon koodiston avulla. Usein käytetään erikoisia rakenteita, mutta silloinkin lähtökohtana on hyvä pitää jotakin perusrakennetta, jota muutellaan tarvittavassa määrin. Tällöin rakenteen perään lisätään Special ja määritellään mitat, jotka ovat standardista poikkeavia. Tässäkin perusrakenteen etuna on, että kuvaa katsova henkilö tajuaa peruskoodista, millainen rakenne suurin piirtein on.

Fefco 0473-rakenne. Fefco-rakenteita on sen verran runsaasti, että aina blogisti ei löydä etsimäänsä. Lähde:www.fefco.org

Fefco 0473-rakenne. Fefco-rakenteita on sen verran runsaasti, että aina blogisti ei löydä etsimäänsä. Lähde:www.fefco.org

Kirjalaatikko

28.4.2013

Tällä kertaa pakkaussuunnittelu.net-blogi tarkastelee erityiskäyttöön tarkoitettua kirjalaatikon rakennetta. Rakenne on kirjapakkauksissa yleinen, mutta sille ei käsittääkseni ole omaa Fefco-koodia. Rakenne on hieno esimerkki onnistuneesta pakkaussuunnittelusta. Tarve on ratkaistu kekseliäällä tavalla. Lopputulos on toimiva, yksinkertainen ja edullinen.

Kirjat voitaisiin pakata fefcon rakenteilla 0402 tai 0404. 0402:n ongelmana on huono arkin käyttö. Nurkkiin jää runsaasti hukkaa, jota toki voidaan hillitä fiksulla stanssin suunnittelulla. 0404 on arkin käytön suhteen tehokas, mutta se on kaksiosainen. Käytännössä kaksioisaisuus edellyttää liimausta tai teippausta, jotta tavarat pysyvät varmasti kyydissä.

Kirjalaatikko muodostuu yhdestä osasta, jossa on saranapiste. Saranan avulla saadaan vastaava ristikkäinen rakenne kuin 0404:ssä. Arkin käyttö on hieman tehottomampaa, mutta yhden osan tuomat edut ovat pakkaamossa kiistattomat. Jokaisen ylimääräisen osan tuominen prosessiin aiheuttaa kasvaneen haltuunottoajan.

Ristikkäinen rakenne.

Ristikkäinen rakenne.

Kirjalaatikko levitettynä.

Kirjalaatikko levitettynä.

Asennuksen huomioiminen pakkaussuunnittelussa

3.3.2013

Suunnittelussa on helpoin huomioida ne osa-alueet, jotka itse näkee. Teollisuuslaitosten laitteiden pakkauksissa huomio keskittyy helposti siihen, miten tuotannossa saadaan komponentit pakattua mahdollisimman helposti. Toinen helposti huomioitava seikka on osien järjestys pakkauksen näkökulmasta. Raskaat osat on järkevää laittaa alimmaiseksi ja kevyemmät päälle.

Kustannusten näkökulmasta työ, joka tehdään asennuspaikalla on aina kalliimpaa kuin työ, joka tehdään tehtaalla. Lisäksi asennuspaikalla on huonommat välineet, joten tuottavuuskin jää alhaisemmaksi. Näin ollen pakkaussuunnittelussa kannattaa huomio keskittää siihen, mitä asennuksessa tapahtuu.

Suunnittelun johtavana ajatuksena tulee pitää toimintaa asennuspaikalla. Komponentit tulee pakata asennusjärjestykseen. Näin asentajan ei tarvitse etsiä osia ja kadonneiden osien määrä vähenee. Rakenteellisesti pakkauksesta tulee monimutkaisempi, mikä nostaa hintaa. Samoin tuotannossa joudutaan järjestelemään osat uudella tavalla. Taloudellisten laskelmien avulla voidaan kuitenkin osoittaa asennuksen tuomat hyödyt.

Pakkaussuunnittelu ei ole tarpeellista yksinomaan suurivolyymiselle kappaletavaratuotannolle, vaan myös yksittäisissä isoissa laitetoimituksissa voidaan saada taloudellista hyötyä tehostamalla asennuksen toimintaa. Olennaista on huomata että hyöty syntyy tyystin muualta kuin materiaalikustannuksista.

Miten älyä voitaisiin hyödyntää kuljetuspakkauksissa

10.2.2013

Passiivisia indikaattoreita on käytetty kuljetusten seurannassa pitkään. Näiden hyöty on rajallinen, sillä ne eivät kerro määränpäässään milloin virheellinen käsittely tapahtui. Näin virheelliseen käsittelyyn syyllistyvää tahoa ei voida ohjata kaidalle tielle. Toisaalta iskuanturit eivät myöskään kerro, onko tuote rikki, sillä vaurioon johtavaa rasitustasoa ei useimmiten tunneta.

Älypakkausten kehittyminen mahdollistaa aktiivisten antureiden sijoittamisen pakkauksiin. Aktiivinen anturi tallentaa tapahtumat muistiin, jolloin saadaan talteen tapahtuman lisäksi aika. Tulevaisuudessa voidaan pakkauksiin varmasti integroida myös paikan määrittämiseen soveltuvaa älyä, vaikkapa matkapuhelinverkkoa hyväksi käyttäen. Mikäli järjestelmä rakennetaan sellaiseksi, että nämä tiedot siirtyvät tietojärjestelmään, voidaan pakkauksen kulkua seurata reaaliaikaisesti.

Seuranta mahdollistaa kuljetuksen ongelmapisteiden löytymisen ja virheelliseen toimintaan puuttumisen. Älyä hyödyntämällä pyritään muuttamaan kuljetusolosuhteita paremmaksi. Kun tällainen toiminta yleistyy, voidaan pakkauksia keventää ja näin saadaan sekä taloudellisia että rahallisia hyötyjä. Äly tuo linkin pakkaussuunnittelun ja logistiikan välille ja mahdollistaa pakkausten jatkuvan parantamisen.

Teknologia olisi jo olemassa, mutta business case ei taida olla vielä riittävä, jotta systeemit saataisiin kaikkiin pakkauksiin. Toistaiseksi on tyytyminen loggereihin, jotka pitää pyytää maailmalta takaisin. Uskon kuitenkin tekniikan kehittyvän niin, että kohta on saatavilla järkevän hintainen aktiivinen mittalaite.

Pakkauksia voidaan optimoida, kun tunnetaan tarkasti kuljetusolosuhteet.

Pakkauksia voidaan optimoida, kun tunnetaan tarkasti kuljetusolosuhteet.

Kuormalava vai ei?

2.12.2012

Viime viikolla kirjoitin nostamiseen liittyvistä asioista. Lavan käyttämiseen vaikuttaa nostamisen lisäksi myös testivaatimukset ja tuotteen herkkyys. Nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että mikäli pakkauksessa on lava, sitä käsitellään koneellisesti ja jos lavaa ei ole, sitä käsitellään käsin. Toki ihan pienissä pakkauksissa lava ei takaa trukkikäsittelyä, mutta toisaalta helpottaa myös käsin nostamista.

Jos katsotaan vaikkapa ISTA:n testisarjaa 3 ja valitaan painoksi 30 kg, on lavapakkaukselle (E-sarja) vaatimuksena 200 mm pudotus neljä kertaa siten, että pakkauksen toinen puoli on tuettu 100 mm korkeudelle ja toista puolta pudotellaan. Ilman lavaa olevalle pakkaukselle (A-sarja) on kahdeksan pudotusta 460 mm korkeudesta ja yksi 910 mm korkeudesta.

Kuten kaikki fysiikkaa hiemankaan tuntevat tietävät, on 200 mm pudotus aika lempeä verrattuna A-sarjan tiukempiin vaatimuksiin. Tuotteen ollessa herkkä vaaditaan pakkaukselta huomattavasti suurempaa suojausta, mikä tietysti maksaa. Erityisen huono idea on maksaa lisähintaa siinä tapauksessa, että irtopakkaus toimitetaan kuitenkin lavalla.

Käytännössä olen havainnut, että lavapakkausten tapauksessa pudotuksista johtuvat vauriot ovat erittäin harvinaisia. Toki niitä jonkin verran tapahtuu, mutta syynä tuntuu olevan enemmänkin tyystin väärä käsittelytapa kuin normaali käsittely. Esimerkkinä tällaisesta virheellisestä käsittelystä on lavojen työntäminen alas kuorma-auton lavalta. Ei välttämättä säily tavarat ehjänä.

Suosittelenkin käyttämään lavaa, mikäli tuotteen paino on vähänkään reilumpi ja vaurioitumisriski suuri.

 


%d bloggaajaa tykkää tästä: