Box Maker’s Certificate

17.8.2014

Pahvilaatikon pohjasta saattaa toisinaan löytää pyöreän Box Maker’s Certificate (BMC) -merkinnän, joka kertoo muutaman parametrin laatikon ominaisuuksista. Merkinnästä selviää, kuka laatikon on valmistanut, montako kerrosta siinä on, BCT tai ECT-arvo, pahvin neliöpaino, laatikon kokorajoitus ja laatikon maksimipaino.

Merkintä liittyy vahvasti USA:n markkinoille, jossa National Motor Freight Traffic Association on kehittänyt erilaisia kuljetukseen liittyviä ohjeita, jotka kulkevat lyhenteellä NMFC. Pakkausten rakenteisiin liittyviä asioita käsittelee ainakin Item 222, josta löytyy USA:n rekkarahdissa käytettävien laatikoiden lujuusvaatimukset. Ajatuksena on, että pakkauksen valmistaja painaa (vakio)laatikoihinsa sertifikaatin, josta laatikon käyttäjä voi päätellä, soveltuuko laatikko hänen käyttöönsä. Erityisesti kai bruttopaino-parametri on määräävä tekijä.

Tällä hetkellä ei mikään laki edellytä, että USA:ssa pitäisi merkintä olla pakkauksissa. Aiemmin ilmeisesti on näin ollut, joten tapa elää edelleen vahvana. Erityisesti tuotekohtaisesti räätälöidyissä pakkauksissa on merkintä jätetty yleisesti pois, sillä pakkauksen soveltuvuus arvioidaan jo suunnitteluvaiheessa, eikä pakkaajan tarvitse enää asiasta kummemmin välittää. Myös juridisessa mielessä on syytä merkkiä karttaa, sillä kanssablogistin mukaan sen käyttäjä vastaa siitä, että pakkaus täyttää NMFC:n vaatimukset. Jos ei ilmoita mitään, ei ole väärässä.

BMC on erittäin käytännöllinen infopaketti laatuasioiden kanssa painiville. Siitä selviää heti, kuka laatikon on valmistanut ja millaiset lujuusarvot pahville on määritelty. Suomessa näitä joutuu yleensä hieman arvailemaan, sillä merkintä ei ole saanut Euroopassa juurikaan jalansijaa. Insinöörin näkökulmasta tiedot olisivat käytännöllisiä, mutta luulenpa, että lähettämöiden päivittäiseen toimintaan ne eivät vaikuta.

Merkinnässä olevista tiedoista itseäni eniten hämmästyttää, miksi siinä kerrotaan suurin sallittu yhteenlaskettu pituus-, leveys ja korkeusmitta. Siinä vaiheessa, kun laatikko tulee tuotantolinjalta ulos, nämä eivät oikein voi enää kasvaa.

Box maker's certificate. Lähde:www.packsize.com

Box maker’s certificate. Lähde:www.packsize.com

Kiihtyvyyden mittaaminen

22.6.2014

Aiemmissa pudotustestejä käsittelevissä jutuissa olen pitänyt kiihtyvyyttä absoluuttisena arvona, joka saadaan helposti selville. Todellisuudessa kiihtyvyyden mittaamiseen liittyy käytettävästä taajuusalueesta johtuva epävarmuustekijä.

Pudotuksessa saatava kiihtyvyyskäppyrä muodostuu suuresta joukosta eri taajuuksilla olevia sinimuotoisia värähtelyjä, joiden yhteisvaikutus muodostaa mittaustuloksen. Pudotuksessa matalimman taajuuden käyrä on vaimentimen jousto. Tämän perustaajuuden lisäksi tuloksena on aina suuremmalla taajuudella olevia käyriä, jotka johtuvat mitattavan kohteen värähtelystä. Erityisesti suurilla peltipinnoilla näitä värähtelyjä on paljon ja suurille taajuuksille. Tämä johtaa epäselvään mittaustulokseen, mikäli koko mitattavissa oleva taajuusalue huomioidaan.

Mittauksen selventämiseksi joudutaan käyttämään alipäästösuodatinta, joka rajaa mitattavan taajuusalueen johonkin valittavaan rajaan. Samalla kuitenkin rajoitetaan mittauksesta saatavaa huippukiihtyvyyttä, sillä terävimmät piikit muodostuvat suurista taajuuksista. Suuret mittaustulokset eivät ole mittausvirhe, vaan mitattava kohde todellisuudessa kokee ne, joten suodattamalla saadaan tilanteesta todellisuutta ruusuisempi kuva.

Damage boundary curve-teorian mukaan pudotuksessa vaurioon tarvitaan kaksi tekijää, nopeus ja kiihtyvyys. Samaa teoriaa voidaan soveltaa pudotuksessa esiintyvään kertaluontoiseen rasitukseen. Suurella taajuudella esiintyvä suuri kiihtyvyys on sellainen, että se ei oletettavasti kohdista riittävästi energiaa värähtelyn amplitudin jäädessä pieneksi. Tämä on tietysti tapauskohtaista, eikä vaurioherkkyyttä taajuuden funktiona yleensä tiedetä.

Kiihtyvyyden ollessa testin läpäisyrajana pitää mittaustapa määrittää vaatimusmäärittelyvaiheessa. Pudotustestistandardit eivät näitä määritä, joten se on vapaasti valittavissa. Itse olen testeissä asettanut filtterin tyypillisesti 500 Hz luokkaan, mikä on perustunut ihan empiirisiin kokeiluihin. Suuremmilla taajuuksilla alkaa värähtelyt dominoimaan tulosta ja pienemmillä arvoilla käyrästä on tullut liian sileä. Alla olevasta kuvasta selviää, miten suodatus vaikuttaa tulokseen. Kuva on Matt Daumin Istaviews-julkaisusta 6/2014, jossa on mittausproblematiikkaa tarkasteltu tarkemminkin.

Mittaustulos erilaisilla alipäästösuodattimilla. Huippukiihtyvyys putoaa taajuuden pienentyessä. Kuva: Matt Daum / ISTA

Mittaustulos erilaisilla alipäästösuodattimilla. Huippukiihtyvyys putoaa taajuuden pienentyessä. Kuva: Matt Daum / ISTA

Kiihtyvyys pudotuksessa

8.6.2014

Kiihtyvyys on pudotuksessa tärkeä parametri, jonka perusteella pakkauksen suojausta voidaan arvioida. Pari viikkoa sitten kirjoitin damage boundary curve-teoriasta, jonka mukaan on olemassa jotkin tietyt kiihtyvyys- ja nopeusarvot, joiden alapuolella ei vaurioita synny. Valitettavasti näitä ei yleensä tunneta, jonka vuoksi tehdään sivistynyt arvaus suunnittelun lähtökohdaksi tai jopa testin hyväksyntäkriteeriksi. Arvoa valittaessa liioittelu johtaa ongelmiin.

Törmäyshetken nopeus on helposti laskettavissa pudotuskorkeuden perusteella. Kiihtyvyyden laskennallinen määrittely onkin vastaavasti erittäin vaikeaa tai mahdotonta, mutta jonkinlaista suuntaa saadaan ajattelemalla vaimennus täysin lineaariseksi ja laskemalla kiihtyvyys pysäytysmatkasta. Tässä tehdään kyllä raskaasti virhettä, koska vaimennus ei koskaan ole lineaarinen. Laskin taulukkoon eri korkeuksista syntyvän nopeuden osumahetkellä sekä pysäytysmatkan, mikäli kiihtyvyysrajaksi asetetaan 50 G tai 20 G.

Taulukko, josta selviää pudotuksen nopeudet sekä pysäytysmatkat 50 G ja 20 G tapauksissa. Itse tein.

Taulukko, josta selviää pudotuksen nopeudet sekä pysäytysmatkat 50 G ja 20 G tapauksissa. Itse tein.

Taulukosta havaitaan nojaamalla perusfysiikkaan, että nopeus kasvaa korkeuden neliöjuuressa. Kuitenkin energia kasvaa suoraan korkeuden funktiona, joten pienehkökin lisäys nopeudessa voi olla suojauksen kannalta ongelmallista. Tarkasteltaessa vaimennusmatkoja voidaan havaita, että kiihtyvyysvaatimuksen pudotessa matalaksi, kasvavat vaimennusmatkat runsaasti.

Jos päätetään mennä varovasti ja valitaan 1,2 m pudotus ja 20 G:tä, joudutaan vaimennusta tekemään niin, että pudotuksessa joustoa tulee 6 cm. Jos tuote kuitenkin kestää 50G ja pudotusvaatimus olisikin 1 m, tulee vaimennusta kolminkertainen määrä tarpeeseen nähden. 6 cm jousto on niin suuri, että saatetaan jopa joutua tekemään vaimennus kahdessa osassa, sillä yhdellä vaimentimella ja keveällä tuotteella tuollaisen toteuttaminen on hankalaa.

 

Dynaaminen pinontatestaus

25.5.2014

Kuljetuspakkausten pinontatestaus suoritetaan käytännön syistä yleensä staattisella kuormalla ja kuljetuksen aikaisten dynaamisten voimien vaikutus huomioidaan kuormittamalla pakkausta noin kolminkertaisella ylikuormalla. Käytäntö on osoittanut, että menetelmä on puutteellinen, sillä suora kuormitus ei huomioi sivusuuntaisia voimia. Staattisen pinontatestin tulos ei kokemukseni mukaan varmista sitä, että pakkaukset kestävät pinontaa kuljetuksessa. Testi toimii paremminkin niin, että jos pakkaus ei mene testistä läpi, on ongelmia varmasti tiedossa.

Pienille, alle 68 kg pakkauksille on ISTA 3A-testisarjassa kuvattu testi, jossa tehdään pystysuuntainen random-tärinä kuorman kanssa. Testin ongelma on edelleen suora kuormitus, sillä tärypöytää ei voi kallistella testin aikana samalla tavoin mitä laiva tai rekka kallistelee. Testiä ei myöskään ole kuvattu suuremmille pakkauksille, sillä testilaitteistojen kuormitusrajat tulevat nopeasti vastaan.

Pystysuuntaisen kuormittamisen sijaan parempi testi voisi olla pakkauksen kuormittaminen sivusuuntaisella tärinällä tai iskuilla pinontakuorman alaisena. Tällaisessa testissä syntyy testattavaan pakkaukseen vastaavanlaisia kuormia, mitä kuljetuksessa esiintyy. Etuna olisi myös testin helpompi suoritus, sillä liukupöytien kuormitettavuus on pystypöytää suurempi. Testijärjestelyssä pitää kuorma varmistaa jollain menetelmällä, jotta testipaino ei pääse pinon romahtaessa tuhoamaan koko labraa.

Kuljetuspakkausten testien suurin ongelma on mielestäni juuri dynaamisen pinontatestin puute. Testin suorittaminen liukupöydällä tuntuu mahdolliselta ratkaisulta ongelmaan. Tässä voisi olla hyvä tutkimuksen aihe jollekin opiskelijalle, joka pääsee käyttämään tärinätestilaitetta. Tutkimukseen voisi ottaa esimerkeiksi tunnettuja tapauksia, joissa pakkaus on läpäissyt staattisen pinontatestin, mutta kuljetuksissa esiintyy toistuvasti ongelmia. Näitä tapauksia löytyy runsaasti.

 

Pakkausten tuottajavastuu nostaa kierrätysmaksuja

11.5.2014

Pakkauksille on tulossa täysi tuottajavastuu, mikä tarkoittaa sitä, että yritysten on järjestettävä keräys ja jatkokäsittely markkinoille tuottamilleen pakkausmateriaaleille. Käytännössä kaikki siirtävät vastuun edelleen tuottajayhteisöille, jotka järjestävät keräyksen ja hyötykäytön. Verrattuna aiempaan uutena asiana on tulossa kuluttajapakkausten keräyksen järjestäminen, mikä tarkoittaa keräyspisteiden määrän merkittävää lisääntymistä.

Keräysverkoston laajentaminen johtaa väistämättä kierrätysmaksujen nousuun. PYR:in hinnaston mukaan nousu on tänä vuonna pääosin melko maltillinen, mutta jatkossakin on nousua odotettavissa. Nousevat kustannukset eivät varmasti riemastuta tuottajia, joten nousevia kustannuksia kannattaa pyrkiä omilla toimilla kompensoimaan.

  • Yritykseen kannattaa luoda järjestelmä, jonka avulla saadaan tarkasti määriteltyä, mitkä pakkaukset päätyvät Suomen markkinoille ja mitkä menevät muualle. Yrityshän on velvollinen maksamaan Suomeen vain niistä pakkauksista, jotka on saattanut Suomen markkinoille. Muut pakkaukset raportoidaan ja maksetaan muualle. Erityisesti hyötyä syntyy silloin, kun osa pakkauksista menee maihin, joissa ei jätemaksuvelvoitetta ole.
  • Kierrätysmaksuja voidaan pienentää käyttämällä sellaisia pakkauksia, joissa maksu on pienempi. Hyvä esimerkki on pantittoman lasipakkauksen vaihtaminen pantilliseen.
  • Pakkaussuunnittelun avulla voidaan pienentää pakkausmateriaalin määrää.

 

PYR:in hintataulukko. http://www.pyr.fi

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.

Litiumakkujen pakkausvaatimukset

1.5.2014

Litiumakut ovat kovaa vauhtia korvaamassa perinteisemmät akkutekniikat elektroniikkalaitteissa hyvän energiatiheytensä vuoksi. Suuren energiatiheyden kääntöpuoli on riski energian yllättävään vapautumiseen väärällä hetkellä. Erityisesti lentorahdissa litiumakkujen kuljettamista on rajoitettu voimakkaasti IATA:n toimesta ja vielä voimakkaammin paikallisesti USA:ssa.

Integroitaessa litiumakku laitteeseen tulee logistiikan järjestelyihin ja pakkausmerkintöihin paneutua erityisellä huolella. Mikäli laitteen sisällä on nappiparistoja tai alle neljän kennon akku, ei pakkaukseen tarvitse merkintöjä. Jos taas kennot ovat irrallaan pakkauksessa, tulee tästä olla maininta pakkauksen päällä. Akkujen painon ollessa alle viisi kiloa riittää lentorahtiin yleisesti merkintä siitä, että pakkaus sisältää litiumakkuja.

Kuljetuksen hinnan kannalta merkittäväksi akut muodostuvat, kun niitä on yli viisi kiloa yhdessä pakkauksessa. Tällöin sovelletaan vaarallisten aineiden kuljetuksen ehtoja, eikä pakkausta saa laittaa enää matkustajakoneeseen. Vaaralliseksi aineeksi luokittelu itsessään lisää rahdista maksettavaa hintaa, mutta myös rahdin aikataulutukseen tulee usein viivettä, jos matkustajakoneen rahtitilaa ei voida hyödyntää. Rahtikoneiden tapauksessa litiumakkujen painorajana on 35 kg/pakkaus. Mikäli tämä raja ylitetään, ei rahtia lähtökohtaisesti huolita lentorahtiin.

Päätettäessä käyttää tuotteessa isompia litiumakkuja tulee tuotekehitysprojektissa nostaa pakkaukset ja logistiikka erityisteemaksi. Mikäli toimitusten kannalta lentorahti on välttämätöntä, tulee kyseiseen tapaukseen liittyvät määräykset selvittää ja suunnitella tuote siten, että se voidaan toimittaa halutulla tavalla. Toisaalta tulee selvittää etupainotteisesti rahtikustannukset, jotta uuden tuotteen kilpailukykyä ei menetetä korkeiden rahtikustannusten vuoksi. Pakkausten testaamiseen tulee myös varata normaalia enemmän aikaa, sillä useissa tapauksissa pudotustestivaatimuksena on 1,2 m pudotus ja hyväksyntäkriteerinä on oikosulun välttäminen. Laitteen mekaniikka ja pakkaus tulee suunnitella huolella, jotta muodonmuutokset eivät johtaisi oikosulkuun. Laitteen ei kuitenkaan tarvitse säilyä toimintakykyisenä tästä testistä. Korkeampi pudotus ei sinänsä hidasta testausta, mutta lopullinen hyväksyntätestaus tulee tehdä tuotantosarjan pakkauksella, jolloin pakkausten tuotantokyvykkyys tulee olla normaalia aiemmin.

Litiumakkujen lentorahdin tapauksessa säännökset ovat erittäin monimutkaiset. Yllä on kuvattu yleistäen vain kalpea pintaraapaisu aiheesta. IATA:n sivuilta saa aiheesta lisätietoa, mutta valitettavasti määräyksissä on kansallisia poikkeuksia erityisesti USA:ssa. Litiumakkujen pakkauksia suunniteltaessa merkittävä työ onkin selvittää, mitkä määräykset kyseistä pakkausta koskevat.

Sisäpuolen painatus

21.4.2014

Pakkauksessa tyypillisin paikka painatukselle on ulkopinta, mutta usein painatusta halutaan myös sisäpinnalle joko visuaalisen ilmeen tai ohjeistuksen vuoksi. Nopeasti ajateltuna ohjeiden painaminen sisäpuolelle vaikuttaa kätevältä ja lähes ilmaiselta tavalta saada esimerkiksi käyttöohje pakkaukseen.

Normaalissa aaltopahvin tuotantolinjassa painatus tehdään siten, että linjalla on ensin fleksopainokone, joka painaa arkin alapuolen ja sitten arkki stanssataan yläpuolelta. Jotta aihioon saadaan painatus sisäpinnalle, tulee arkki ensin painaa sisäpuolelta, sitten se käännetään ja painetaan ulkopuolelta. Tämän jälkeen arkki stanssataan. Automatisoidulla linjalla hintaan vaikuttaa olennaisesti häiriö prosessissa. Arkit joudutaan kierrättämään ensimmäisen painamisen jälkeen takaisin jalostuskoneelle. Lisäksi kaksi painatusta aiheuttaa kaksinkertaisen asetusajan painokoneelle.

Perinteisessä käsityövaltaisessa prosessissa arkkien kääntäminen ei ole kovin suuri ongelma, sillä arkkeja käsitellään käsin joka tapauksessa. Ei työ isommallakaan linjalla suurempi ole, mutta se poikkeaa enemmän tavanomaisuudesta ja näin saattaa aiheuttaa suurempia hintapaineita. Arkin kääntäminen tuotantolinjalla onnistuu myös koneellisesti, mikäli arkinkääntäjään on investoitu.

Kahdelta puolelta painaminen on teknisesti yksinkertaista, eli rahalla saa. Rahamäärään vaikuttaa tässäkin olennaisesti sarjakoko, sillä suurin kustannus syntyy painokoneen asetusajasta, jolloin tämän ajan sarjapituudelle jyvittäminen on merkittävä yksikkökustannukseen vaikuttava tekijä. Päätöstä tehtäessä kannattaakin vakavasti harkita sisäpuolen informaation lisäämistä erillisellä paperilla ja punnita näiden vaihtoehtojen hintaa, joustavuutta ja työmäärää.

 

 

Uravinkkejä

13.4.2014

Pakkaus-yhdistyksen toimitusjohtaja on jäämässä eläkkeelle, joten nyt on mielenkiintoinen paikka pakkausalan järjestötoiminnassa vapautumassa. Yhdistyksen toimitusjohtajana pääsee aktiivisesti toimimaan tutkimuksen edistämisessä ja pakkausalan edunvalvonnassa. Lisäksi tehtävään kuuluu pakkausalan kansainvälinen toiminta, joten työssä pääsee olemaan mukana monessa.

Mikäli järjestötyö kiinnostaa ja pakkausalalta on laaja kokemus ja kontaktiverkko, tässä olisi paikka, jollaista ei Suomessa ihan joka vuosi aukea.

http://delta.hr-manager.net/ApplicationInit.aspx?cid=279&ProjectId=170423&departmentId=7394&MediaId=5

 

Turhat pakkausmerkit, osa 1

6.4.2014

Pakkauksiin painetaan toisinaan merkkejä, joiden ohjeistama toimintatapa on suurimmalle osalle ihmisistä muutenkin itsestään selvä. Toimitusketjussa on aina yksilöitä, jotka sortuvat virheelliseen toimintaan, mutta merkit tuskin heitä ohjaavat kaidalle polulle.

Laatikon päälle astumisen kieltävä merkki on hyvä esimerkki tarpeettomasta käsittelymerkistä. Normaalilla moraalilla varustetulle henkilölle on selvää, että esimerkiksi kuvan mikroaaltouunilaatikko ei ole tarkoitettu askellusalustaksi, mutta pakkausgrafiikasta päättänyt on todennut, että asiaa pitää erikseen alleviivata. Ehkäpä ajatuksena on, että mahdollisessa virhekäsittelyssä voidaan syy vierittää asianosaisen niskaan. Toisaalta laatikosta, jossa on kengänjälki pinnassa, voi reklamaation tehdä ilman kieltomerkkiäkin.

Merkki kieltää joko astumisten tai sitten rikkinäisen laatikon päällä seisomisen.

Merkki kieltää joko astumisten tai sitten rikkinäisen laatikon päällä seisomisen.