Posts Tagged ‘testaus’

Staattinen kuormitus ja viruminen

16.8.2015

Pakkausten pinontatesteissä käytetään yleensä varmuusmarginaalina kerrointa väliltä 3-5. Tätä perustellaan sillä, että testi tehdään staattisena, mutta kuljetuksen aikana pakkaukseen vaikuttaa dynaaminen kuorma. ISTA-testeissä kuormituksen tulee kestää yhden tunnin tai vaihtoehtoisesti kuorman tulee olla 1,6-kertainen, mikäli se vain käytetään pakkauksen päällä.

Dynaaminen kuorma ei ole ainoa peruste varmuusmarginaalille. Parivaljakko Moody & Skidmore julkaisivat vuoden 1966 Packaging Engineering -lehdessä tutkimuksen ”How dead load, downward creep influence corrugated box design”, josta oheinen graafi on peräisin. Siinä ilmenee, että yli 80 % kuormalla pakkaus pettää virumisesta johtuen nopeasti, jopa minuuteissa. Pienennettäessä kuormaa noin 50 % tasolle päästään tilanteeseen, jossa viruminen hidastuu niin paljon, että se ei käytännössä enää aiheuta ongelmia. Tutkimuksessa 50 % kuormalla oltaisiin noin 3 vuoden hajoamisajassa.

Tutkimuksen perusteella voidaankin sanoa, että varastoinnissa tulee varmuuskertoimen olla vähintään kaksi. Jos menee lupaamaan pahvilaatikolle varastoinnin aikaiseen pinontaan arvoja, jotka ovat lähellä testattua laatikon maksimikestävyyttä, alkavat pinot ajan mittaan romahdella.

Vaurioitumisaika kuorman funktiona.

Vaurioitumisaika kuorman funktiona.

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.

 

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.

Testauksen merkitys tuotekehityksessä

17.6.2013

RD Velho ja Toptester pitivät toukokuun lopussa pienimuotoisen pakkausten testaukseen liittyvän tilaisuuden, jossa Toptesterin Antti Herajärvi kertoi heidän testauskyvykkyydestään. Minun esitykseni keskittyi testauksen merkitykseen ja standardisarjojen vertailuun. RD Velhon uutisista löytyy haastattelu, jossa kerrotaan pakkaustestauksesta ja ISTA:n testisarjoista.

Haastattelu löytyy täältä:

http://www.rdvelho.com/fi/ajankohtaista/381-pakkaussuunnittelulla-ja-testauksella-kustannussaastoja

Tilaisuuden esiintyjät seisoskelemassa tilaisuuden jälkeen.

Toptesterille ISTA-sertifikaatti

5.5.2013

Toptester on saanut ISTA:lta sertifioinnin 2A-testisarjalle. 2A testisarja pitää sisällään sääkaapissa tehtävän kosteus- ja lämpötilatestin, kompression, kaksi tärinätestiä ja pudotustestin. Sarja on tarkoitettu korkeintaan 68 kg tuotteelle. Testi simuloi käsin käsiteltävän pakkauksen kuljetuksenaikaista rasitusta.

Sertifiointi tarkoittaa sitä, että laboratoriolla on välineet ja osaaminen suorittaa testi. Tämän lisäksi heidän tekemällään testiraportilla voidaan anoa Transit tested-tunnusta pakkaukseen. Tunnuksella ei ole mitään käsittelyyn tai vastuukysymyksiin liittyvää statusta, joten sitä ei kovin usein näe käytettävän.

ISTA:n testisarjat on rakennettu siten, että vaatimustaso kasvaa numeron kasvaessa. 1A on käsin käsiteltävien pakkausten perustesti. 3A on rakennettu simuloimaan USA:n pakettijärjestelmän kuormitustasoa. 2A on näiden välimuoto, joka mielestäni on vaatimuksiltaan soveltuva yleiseen käyttöön 1A:n ohella. 3A:ssa pakkausten hinta nousee tarpeettoman suureksi, sillä testit ovat todella vaativia.

Testisarjat on rakennettu siten, että jos pystyy tekemään 2A-testisarjan, laitteisto soveltuu myös 1A:han. Uskoisin, että Toptesterillä on kyky suorittaa myös tietyissä tapauksissa 3A:n mukainen testi. Siinä tulee lisänä lähinnä tärinä kompression alaisena.

Toptesterin panostus ISTA-testeihin on todella tervetullut lisä suomalaiseen pakkaustestitarjontaan. Tähän asti testien perässä on matkustettu Tukholmaan. Ehkäpä jatkossa matkat suuntautuvat Rovaniemelle.

Transit tested-tunnus, joka voidaan anoa hyväksytysti testatulle pakkaukselle.

Tärinätestaus pakkauksille

22.8.2010

Pakatun tuotteen kuljetusaikaisia tärinöitä testataan usein sellaisten standardien pohjalta, mitä ei ole tarkoitettu pakattujen tuotteiden testaamiseen. Tuotetta testattaessa tuote kiinnitetään tukevasti tärypöytään. Tavoitteena on saada määritelty spektri suoraan tuotteen kiinnikkeisiin.

Pakkauksen tapauksessa tilanteen tulisi olla toinen. Ei niitä pakkauksia rekassakaan sidota millää jäykillä rakenteilla lavaan, vaan korkeintaan liinoilla. Liinat joustavat sen verran, että käytännössä kuorma pääsee tärinässä nousemaan hieman lavan pinnasta irti. Vastaava pomppiminen tulee siis sallia testienkin aikana.

Mikäli pakkaus on tiukasti kiinni tärypöydässä saattaa tietyllä taajuudella esiintyvä ominaisvärähtely jäädä havaitsematta. Tällä taajuudella testattava kappale nousee pöydän pinnasta irti. Kun kappale putoaa takaisin alas, lyö tärypöytä sitä vastapalloon. Tämä on erittäin rasittavaa tuotteelle. Mikään ei kuitenkaan estä tämän ilmiön esiintymistä kuljetuksen aikana, joten ilmiöstä johtuvat mahdolliset ongelmat on hyvä havaita jo testauksen aikana. Asiakastoimitusten yhteydessä havainto on tyypillisesti kalliimpi.

ISTA 4AB: Räätälöity testisarja pakkauksille

14.2.2010

ISTA:n piirissä on pureuduttu kiinnostavalla tavalla pakattujen tuotteiden vakiotestisarjoihin liittyvään ongelmaan. Vakiosarjat soveltuvat hyvin vaikiotilainteisiin. Jos kuljetus- ja varastointiketju on tunnettu, eikä esimerkiksi IEC 60068-sarja ja 60721-sarja tarjoa tyydyttävää testisettiä, kannattaa tarkastella ISTA 4AB:n tarjoamia mahdollisuuksia.

ISTA:n jäsensivuilla on verkossa toimiva palvelu, johon syötetään tiedot pakkauksesta, kuljetuksista ja varastoinneista. Näiden perusteella ohjelma määrittelee, mitä testejä pakkaukselle tehdään, millä rasitustasolla ja missä järjestyksessä. Erittäin helppo tapa tehdä räätälöity testisarja. Jotta tällainen palvelu on saatu aikaiseksi, on taustalla tehty mittava määrä olosuhdemäärityksiä ja todella paneuduttu pakkauksen testauksessa kriittisiin tekijöihin.

Pakkaus vaatii omanlaisensa testit. Yleiset elektroniikalle sovellettavat 60068-sarjan testit on tarkoitettu pääasiassa tuotteelle itselleen, ei pakatulle tuotteelle. Näin ollen sarjasta puuttuvat esimerkiksi pinontavaatimukset ja se ottaa muutenkin huonosti huomioon pakkauksiin liittyvät nyanssit.

Olemme hyödyntäneet ISTA 4AB:n joustavuutta parissa projektissa, kun asiakkaat ovat halunneet erityisesti heidän olosuhteet huomioivan spesifikaation. Tällaisessa käytössä ISTA 4AB on erittäin hyvä. Melko vähän on sellaisia asiantuntijoita, jotka pystyvat perustellusti väittämään, että ehdotettu testisarja ei ole hyvä tai rittävä.

Olosuhteiden määrittelyä ISTA:n palvelussa.

Mekaniikan kestävyys

22.1.2010

Pakkauksen tehtävänä on suojata tuotetta kuljetuksen aikana. Suunnittelun avuksi on tehty monenlaisia tutkimuksia siitä, kuinka erilaiset materiaalit vaimentavat iskuja pudotuksissa. Näiden avulla voidaan valita sopiva tiheys, jotta saadaan tietty vaimennusmatka. Näin saadaan kiihtyvyydet tuotteessa pidettyä kurissa.

Valitettavasti pakkaussuunnittelun lähtötietoihin ei yleensä saada minkäänlaista arviota siitä, mitä tuote kestää. On korkeintaan jonkinlaisia arvauksia, että vaikkapa 100 g:tä on mahdollisesti liikaa. Kestävyys voitaisiin protolla testata varsin helposti. Sitä varten on mm. IEC 60068-sarjassa määritelty iskutesti, jolla saadaan kontrolloitu kiihtyvyys tuotteelle. Tasoa lisäämällä päästään jossain kohtaa pisteeseen, jossa tuote hajoaa. Tämän tiedon pohjalta pakkaus voitaisiin tehdä optimaaliseksi. Olennaista tässä testaamisessa on selvittää vaurioitumispiste nimenomaan kuljetusasennossa.

Protoja ei kokemukseni mukaan yleensä saada tällaisiin testeihin. Tämän vuoksi pakkaussuunnittelu joudutaan pohjaamaan vanhaan kokemukseen, eikä tuotteen mahdollista korkeatakaan kestoisuutta päästä hyödyntämään.

Optimaalisen pakkauksen saamiseksi voisi käyttää seuraavaa metodia:

  • Määritellään kuljetusasentoon tietty sietoisuusraja tuotteelle, vaikkapa 100 g:tä
  • Tehdään ensimmäisille toimituksille jonkinlainen tuotteen varmasti suojaava pakkaus, jonka työkalukustannukset ovat tunnettuja.
  • Kun tuotteita on saatavilla testeihin, testataan todellinen sietoisuus.
  • Suunnitellaan lopullinen pakkaus.

Suunnittelukierroksia tulee lisää verrattuna normaaliprosessiin, mutta kustannukset mitä todennäköisimmin saadaan katettua tuotteen elinkaaren aikana tehokkaammalla pakkauksella.


%d bloggers like this: