Robotit pakkaustyössä

13.3.2016

Pakkaus-lehden numerossa 5/2015 (vähän laahaa minulla lukeminen perässä…) on juttu pakkausroboteista. Roboteilla voidaan saavuttaa ihmistyötä parempi tuottavuus ja samalla saadaan raskas ja monotoninen pakkaustyö konevoimaiseksi. Robotiikan yleistymistä on hidastanut pakkaustyön kompleksisuus. Suomessa on melko harvinaista, että kappaletavaratuotannon linjalla valmistettaisiin vain yhdenlaista tuotetta, mikä on robotiikan kannalta helpoin tapaus. Yleensä tuotevariaatioiden määrä on suuri, mikä asettaa toteutukselle kovat vaatimukset.

Ohjelmoinnin haasteeseen on löytynyt ratkaisu opettamisesta. Ihminen voi opettaa robotille toiminnan tarttumalla robotin käteen ja ohjaamalla se tekemään haluttu asia. Tällä tavoin ohjelmointityön määrä vähenee olennaisesti ja tuotannossa on mahdollista opettaa robotti suurellekin tuotejoukolle tuotannon ohessa. Perinteinen malli, missä koodari tekee uuden ohjelman jokaiselle erilaiselle tuotteelle on raskas, mikäli tuotteita on kymmeniä tai satoja erilaisia.

Robotiikan kehittyessä sen käyttö tuotannossa tulee yleistymään. Perinteisesti automaattisen pakkauslinjan käyttöönotto on ollut niin suuri projekti, että läheskään aina ei sille ole ollut järkevää takaisinmaksuaikaa. Syynä on ollut nimenomaan ohjelmistopuolen suuri työmäärä. Tulevaisuudessa ohjelmistokehitystä voidaan olennaisesti vähentää käyttöönotossa, kun ihminen voi opettaa robotin tekemään oikeat toiminnot ja tämä työ voidaan tehdä siinä tahdissa, kun tuotannossa oikeasti tarvitaan toiminnallisuuksia. Tällä tavoin saadaan käyttöönoton kynnystä pienennettyä.

Pakkaussuunnittelu automatisoituun linjaan poikkeaa aika tavalla suunnittelusta käsipakkaamiseen. Robotille aiheuttaa suunnatonta tuskaa erilaiset pujottelut ja asettelut. Pakkausta suunniteltaessa tulee valita sellaisia rakenteita, joihin pakattavat osat on suoraviivaista asettaa. Rakenteessa tulee myös miettiä, miten estää törmäilyt. Käytännössä toiminta joko pysähtyy tai osat siirretään selvittelyyn, jos prosessissa kaksi osaa törmäävät väärään aikaan. Näin voi käydä vaikkapa kappaleen osuessa laatikon läppään. Robotiikan edut katoavat, jos robottia joutuu vahtimaan ja tukoksia siivoamaan.

Pakkauksen kaatuminen

28.2.2016

Kaatuminen on korkeiden ja kapeiden pakkausten ongelmana logistiikkaketjussa. Erityisen ongelmallisia ovat laitekaapit, joiden painopiste on ylhäällä. Isommilla laitteilla kaatuminen aiheuttaa käytännössä aina tuotteen vaurioitumisen, vaikka pakkaus kaatamisen saattaisikin kestää. Tuotteen vaurioitumista suurempi ongelma on kaatuvan pakkauksen aiheuttama riski alueella oleskeleville ihmisille.

Tuotesuunnittelussa tulee turvallisuusasiat huomioida, myös kuljettamiseen ja asentamiseen liittyvät turvallisuusasiat. On tulkinnanvaraista, milloin pakkaus on niin herkkä kaatumaan, että sitä voidaan pitää vaarallisena. Riskejä analysoidessa olisi parasta tukeutua standardeihin, jos tällaisia on saatavilla. ASTM D6179 käsittelee lyhyesti myös kaatumista. Siinä on vaatimus, että pakkausta pitää pystyä kallistamaan 22 astetta, josta sen pitää palautua takaisin pystyyn.

Riskinhallinnassa on kaksi tapaa toimia, jos pakkaus kaatuu alle 22 asteen kallistuksesta. Toinen on kasvattaa pakkauksen pohjapinta-alaa niin, että pakkaus tulee vakaammaksi. Toinen hyvä vaihtoehto on viestiä varoituksin tai painopistemerkein, että pakkaus on herkkä kaatumaan. Mahdollisessa onnettomuustilanteessa on syytä olla näyttöä, että on ainakin yritetty tehdä jotain riskien pienentämiseksi. Kaatumisriski ja korjaavat toimenpiteet voidaan kirjata muistiin esimerkiksi konedirektiivin mukaiseen riskianalyysiin. Tällä tavoin voidaan tapaturmaa selvitellessä todentaa suunnitteluvaiheessa tehdyt havainnot ja tehdyt päätökset.

Laitteeseen integroitu loggeri

14.2.2016

Kuljetusolosuhteiden mittaamisesta olisi usein hyötyä, erityisesti tapauksissa, joissa kuljetuksessa tai varastoinnissa on tapahtunut jotain poikkeavaa. Perinteinen tapa kuljetuksen seurantaan ovat olleet passiiviset drop- ja tip’n’tell –anturit. Näiden kustannus on joitain euroja ja suurimpana puutteena on se, että ei tiedetä, milloin kiinnostava tapahtuma on tapahtunut.

Loggerien hintakehitys on mahdollistanut kalliimpien tuotteiden kuljetusten seurannan. Hyviä laitteita saa jo alle kahdella sadalla eurolla ja yksinkertaisempia kympeillä. Kalliimmissa laitteissa nämä hinnat eivät ole mahdottomia, mutta monitoroinnin voisi integroida suunnitteluvaiheessa suoraan laitteen piirilevylle. Näin kustannuksia ei tulisi kuin komponenteista jokunen euro. Hyötynä olisi mahdollisuus seurata jokaisen laitteen kohtaamaa rasitustasoa.

Useissa laitteissa on jonkinlainen pieni patteri, jolla laitteen muistia pidetään yllä. Samoin niissä on muistia, jota ei kuljetuksen aikana tarvita. Näin ollen mittaaminen tarvitsee vain kiihtyvyys- lämpötila- ja kosteusanturit piirilevylle ja vähän koodia. Tätä ideaa saa vapaasti hyödyntää!

 

Puuvaahto

31.1.2016

Fraunhofer -tutkimuslaitos on onnistunut kehittämään menetelmän, jolla puusta saadaan valmistettua vaahtolevyä. Raaka-aineena käytetään yksinomaan puuta, joka jauhetaan hienoksi ja vaahdotetaan ilmeisesti vedessä, sillä muutenhan se lähinnä pölisee. Vaahto paistetaan uunissa, jolloin se kovettuu. Toistaiseksi valmistetuissa erissä on tiheys vaihdellut 40 kg/m^3 ja 200 kg/m^3 välillä.

Tavoitteena on tehdä eristelevyä, joka olisi paremmin kierrätettävissä biohajottamalla kuin nykyiset polystyreeni-pohjaiset eristelevyt. Solutetusta ja vaahdotetusta polystyreenistä tehdään edelleen runsaasti pakkauksia, joten uutuus on kiinnostava myös pakkausten näkökulmasta, vaikka tätä ei kehittäjäryhmä tuokaan esiin. Tiheydeltään keveämpi pää on samaa luokkaa nykyisten pakkausmateriaalien kanssa.

Ominaisuuksiltaan olettaisin puuvaahdon olevan styroxia vastaavaa joustavuudeltaan, eli materiaali murtuu varsin helposti. Tämä ei kuitenkaan ole este materiaalin käyttämiselle pakkauksessa, kunhan testeissä ja kuljetuksessa ei ole toistuvia pudotuksia. Pakkausten kannalta kriittistä on, voiko materiaalin seinämäpaksuus vaihdella, vai edellyttääkö paistoprosessi vakiopaksuista seinämää. Vakiopaksuisella seinämällä joutuu suunnittelija koville muotoja rakentaessa.

Jäämme odottamaan kaupallista tuotantoa.

https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2015/april/wood-derived-foam-materials.html

Puuvaahtoa. Lähde: Fraunhofer

Merikontit lentorahdissa

24.1.2016

Boeing patentoi rahtikäyttöön tarkoitetun lentokoneen, jonka ideana on kuljettaa kontitettua tavaraa. Keksintö mahdollistaa konttien nopeat siirrot mantereelta toiselle. Kone lastataan siten, että kontit laitetaan riviin ja kone rullataan rivin päälle. Tämän jälkeen kone laskeutuu konttien ylle ja kontit lukitaan ylänurkkien lukituspisteistä.

Ajankäytöllisesti keksintö on mainio, sillä yksittäisiä tavaroita ei tarvitse kuormata lentorahtiin tarkoitettuihin kontteihin. Kaupallistamisessa näen kuitenkin haasteita, sillä lentorahdissa kuljetettavan rahdin paino on tärkeä optimoitava seikka. Pakkauksista kannattaa yleensä tehdä mahdollisimman keveitä, jotta rahdin kustannus pysyy mahdollisimman pienenä. Toisaalta myös lentokoneiden kehityksessä keveys on avainasemassa, jotta polttoaineen kulutus olisi pieni ja hyötykuorma suuri. Animaatiossa koneeseen laitetaan 14 konttia, joiden tyhjäpaino on noin 40 000 kg. Esimerkiksi Boeing 747-8F:n suurin hyötykuorma on 134 000 kg, joten vaikuttaa huonolta idealta käyttää kolmasosa hyötykuormasta teräskonttien kuljettamiseen.

Keksintö ei ole vielä ihan valmis kaupalliseen liikenteeseen. Idea on ihan hyvä, mutta vielä tarvitsee suunnitella kone ja kevyemmät kontit, jotta tavaroiden lastaamisesta saatava hyöty ei katoa. Saattaa mennä seuraavalle vuosikymmenelle, ennen kuin näemme näitä taivaalla.

Kosteusprofiileja

10.1.2016

Viime viikolla kirjoitin kuljetuksen kosteusrasituksesta ja erityisesti syklisen kosteuden esiintymisestä. Lueskelin asiasta lisää ISTA:n materiaaleista. Thomas Goedecke on esittänyt mittaustuloksia vuoden 2008 ISTA Symposiumissa esityksessään ”Temperature and Air Change Rates in Freight Containers during Transport between Europe and Destinations in Asia and Australia”. Hän on tutkinut lämpötilan vaihtelua ja konttien tuulettumista pitkillä kuljetusreiteillä.

Datan perusteella suurimmat lämpö- ja kosteusmaksimit esiintyvät nimenomaan maalla. Tämä johtuu siitä, että konttien tuulettuminen on todella hidasta. Mittausten mukaan tyhjässä kontissa ilmasta vaihtuu tunnissa vain 4 %. Täydessä kontissa vapaata ilmaa on vähemmän, joten prosenttiluku voi nousta toiselle kymmenelle. Hidas tuulettuminen johtaa siihen, että lämpötilan vaihtelut aiheuttavat suurta suhteellisen kosteuden vaihtelua. Paffi taas ei ymmärrä kovinkaan paljon absoluuttisen kosteuden päälle, vaan reagoi nimenomaan suhteelliseen kosteuteen. Jos kosteusprosentti on 95 pahvi vettyy, olipa ilmassa kosteutta 10 g/m^3 tai 50 g/m^3.

Löysin tilannetta kuvaavia mittauksia NYK Line -nimisen logistiikkayhtiön sivuilta. Kuvasta näkee hyvin, miten stabiilit olosuhteet kontissa vallitsevat, kun kontti on rahtilaivassa suojaisessa paikassa. Maakuljetuksessa päivälämpötilan muutokset aiheuttavat suurta vaihtelua kontin lämpötilaan ja suhteelliseen kosteuteen. Toki on huomattava, että laivamatkalla vallitsee stabiili 80 % kosteus, mikä altistaa tuotteen korroosioilmiöille. Lisäksi 80 % kosteudessa pahvipohjaisen materiaalin lujuus on olennaisesti heikompi kuin 50 % olosuhteissa, joten varmuuskerrointa tuossakin vaaditaan pinottavuuden varmistamiseksi.

Merirahdissa tilanne on melko stabiili. Lähde: https://www2.nykline.com/liner/cargo_advisory/dry_environment.html

Rahdin kosteusrasitus

3.1.2016

Merirahtia pidetään ongelmallisena kosteusrasituksen vuoksi. Olen aiemmin käsitellyt kuljetuksenaikaisen kosteusrasituksen vaikutusta aaltopahvin pinontalujuuteen ja todennut, että pahvin kannalta kaikkein ongelmallisinta on syklinen kosteus. Mittausten perusteella syklistä kosteutta esiintyy nimenomaan maarahdissa eikä merirahdissa. Tämä johtuu siitä, että merirahdissa konttien lämpötila ei kovin suuresti vaihtele vuorokauden aikana. Kontin sisällä oleva kosteusmääräkään ei kovin rivakasti vaihtele, joten suhteellinen kosteus muuttuu pikemminkin päivien syklillä kuin tuntien syklillä.

Maantierahdissa päivän vaihe vaikuttaa varsinkin kesäiseen aikaan merkittävästi rahtitilan sisälämpötilaan. Päivällä lämmintä saattaa olla 50 astetta ja yöllä ollaan lähellä nollaa. Tällöin suhteellinen kosteus on päivällä pieni ja yöllä ollaan jopa kondensoivassa tilassa. Tämä johtaa sykliseen kosteusrasitukseen.

Lyhyillä reiteillä ei syklejä kovin montaa ehdi tulla, joten kosteusrasitus jää vähäiseksi, mutta pidemmillä maakuljetuksilla pitää syklien määrä huomioida kasvattamalla pinonnan varmuuskerrointa. Maalla pitkiä kuljetuksia esiintyy lähinnä suuremmilla mantereilla, mutta tilanne on myös sama ulkona tapahtuvissa konttisäilytyksissä, joita harrastetaan yleisesti erilaisissa logistiikkakeskuksissa, kun kontti odottaa seuraavaa siirtoa.

USA:n maarahdissa mitattuja käppyröitä voi katsella täältä: http://www.ista.org/forms/ISTA_Temperature_Report-2002.pdf

World Star palkinto Suomeen

13.12.2015

Orapacin valmistama Vieser One lattiakaivon pakkaus on saanut World Star –palkinnon. Kilpailun voittajat julkaistiin joulukuun alussa Mumbaissa pidetyssä tilaisuudessa. Lattiakaivopakkaus sai palkinnon sarjassa muut pakkaukset.

Palkintoraati kehuu pakkauksen kustannustehokkuutta ja minimalistista materiaalin käyttöä. Nämä piirteet syntyvät, kun tuotteen saa hyvin näkyville. Raati toteaa, että tuotetta pystyy tunnustelemaan pakkauksessa ja se lisää näin myyntiä. Kokonaisuudessaan pakkaus näyttäisi olevan erittäin onnistunut kokonaisuus. Siinä hyödynnetään hyvin pakattavien osien muotoja näiden paikoittamiseen, joten pakattavuuskin lienee hyvä.

World Star kilpailun palkittuihin töihin kannattaa kaikkien pakkaussuunnittelua tekevien tutustua.  Niissä ei yleensä ole mitään täysin mullistavaa, mutta joukossa on suuri määrä hyviä ideoita. Melko harvoin näitä on millään tavoin mallisuojattu tai patentoitu, joten niitä voi hyödyntää myös omassa työssään. Esimerkkinä tällaisesta pienestä ideasta on Ruotsin Smurfit Kappalle mennyt palkinto rakenteesta, jossa 0201-rakenteisen laatikon nurkkaan muodostetaan pieni kolo irtotavaralle. Tämä löytyy kuljetuspakkausten sarjasta. Kilpailu jakautuu 11 sarjaan ja jokaisessa palkitaan useampi osallistuja.

Voittajapakkaus. Lähde: http://www.orapac.fi

Liimattavat kantokahvat

29.11.2015

Kantokahvat nousevat pakkaussuunnittelussa säännöllisesti esiin. Huolellisesti toteutettuna niistä on enemmän hyötyä kuin harmia. Valitettavan usein näkee ratkaisuja, joissa kahva ei toimi toivotulla tavalla. Tutkin jokunen päivä sitten jälleen tarjolla olevia pakkaukseen kiinnitettäviä kahvaratkaisuja ja löysin 3M:n tarjonnasta mielenkiintoisen teipattavan kahvan.

Kahva on tehty siten, että tukevaan teippisuikaleeseen on laitettu liimapuolelle pätkä materiaalia kädensijan kohdalle. Kahva kiinnitetään teipin liimalla laatikkoon haluttuun kohtaan ja näin saadaan toimiva kantoapu vaikkapa vakiolaatikkoon. Esitteen mukaan järein hantaaki kestäisi noin 20 kilon kuorman, joten ratkaisu soveltuu myös vähän painavammalle tavaralle.

Merkittävin hyöty tällaisesta kahvasta on mahdollisuus käyttää huokeita vakiolaatikoita ja lisätä jälkikäteen kantomahdollisuus. Käytännön kokemusta minulla ei näistä vielä ole, joten en osaa sanoa miten kahva käytännössä toimii.

Tällaisessa nipussa ne toimitetaan. http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_US/Adhesives/Tapes/Products/~/Carry-Handles?N=5486117&rt=r3

3D-tulostaminen tulee ja muuttaa maailman

22.11.2015

3D-tulostuksesta on puhuttu jo jokunen vuosi, mutta käytännössä se ei vielä ole yleistynyt siinä määrin, että maailma olisi muuttunut. RD Velhollekin on tulostimet hankittu protoilua varten ja niistä olemme oppineet, että menee vielä hetki, ennen kuin tekniikka on siinä kunnossa, että kuka tahansa voi tulostella tavaroita kotonaan. Parametrien haku on vielä sen verran työlästä, että helpompaa on tilata kaupasta tavaraa, jos sitä on myynnissä.

Pakkausalan näkökulmasta on esitetty skenaarioita, joissa pakkauksia ei enää tarvita muille kuin raaka-aineille, sillä tavarat tulostetaan käyttöpaikassa. Toki epäilen, että esimerkiksi kuohuviiniä ei kannata jatkossakaan tehdä tulostimella kotona, joten pakkaukset eivät tule kokonaan katoamaan, mutta tuotantoprosessi tulee varmasti muuttumaan.

Packaging Digest-verkkojulkaisu teki kyselyn siitä, kuinka suuri osa yrityksistä käyttää tällä hetkellä 3D-tulostusta pakkauksiin liittyen. Tuloksena oli, että 33 % hyödyntää uutta tekniikkaa. Olin yllättynyt suuresta prosenttiosuudesta, kunnes huomasin, että lähes kaikki uuden tekniikan käyttäjät käyttävät sitä protoiluun. Meidänkin pakkaussuunnittelutiimimme on jo vuosia käyttänyt 3D-tulosteita erityisesti pulppi- ja lämpömuovattujen pakkausten protoissa mitoitusten ja käytettävyyden tarkastamiseksi, mutta vielä ei ole harkittu tuotantoa 3D-tulostamalla.

Materiaalit kehittyvät vauhdilla. Muoveista löytyy monenlaisia vaihtoehtoja ja metalliakin voidaan sintrata. Pakkausten kannalta mielenkiintoinen materiaali on biohajoava filamentti, jota Anita’s Balm -niminen kosmetiikkafirma käyttää huulirasvakipoissa. Kosmetiikkateollisuus lieneekin ensimmäisenä ottamassa uuden menetelmän tuotantokäyttöön, sillä tulostaminen mahdollistaa sellaisia muotoja, joita muottitekniikka ei mahdollista. Muotoilijat voivat käyttää jatkossa vapaammin luovuutta muotoja määrittäessään.

Anita’s Balmin huippumoderni purkki. Kuva on lainattu Anitan webbisivulta, jonka ulkoasu on jäänyt 90-luvulle. http://www.anitasbalm.com/

Uskon, että tulostaminen tulee yleistymään tuotantolinjoilla siten, että tuotteen komponentteja valmistetaan prosessissa tulostamalla sen sijaan, että ne otettaisiin alihankintana tiettyyn tarkoitukseen erikoistuneelta valmistajalta. Tekniikka kehittyy kovasti, mutta vielä ei tuotantotahti ole pakkauslinjoille riittävä. Esimerkiksi huulirasvakipon tulostaminen vie 90 minuuttia, joten yksi tulostin ehtii vuorokaudessa tehdä 16 purkkia.

Uusi valmistustekniikka edellyttää opettelua ja ajatustavan muutosta suunnittelupuolella. Tällä hetkellä suunnittelijat ajattelevat rakenteita nykyisten tuotantotekniikoiden rajoitukset huomioiden. Tulostamalla voidaan tehdä täysin erilaisia muotoja, jotka vaativat suunnittelijoilta innovatiivista ajattelua. Myös suunnitteluprosessi muuttuu, sillä tulostamalla voidaan räätälöidä vaikka jokainen osa erilaiseksi. Toki ihminen ei pysy tuotannon vaatimassa tahdissa, mutta nykyaikaiset suunnitteluohjelmistot voidaan automatisoida optimoimaan rakenteita määriteltyjen parametrien mukaan. Tällöin esimerkiksi pakkauksen sisäosa voidaan tulostaa aina sellaiseksi, että jokaiselle toimitettavalle osalle on oma sopiva kolonsa tai vaikkapa asiakkaan nimi on tulostettu osaan. Näin voidaan päästä tilanteeseen, jossa jokainen toimitettu kokonaisuus on juuri optimi haluttuun tarkoitukseen.