Odvětví využívající ekologické obaly: Jak dosáhnout udržitelné výroby
Zveřejněno Sustainable Manufacturing v 09. Únor 2022
Odvětví využívající ekologické obaly: Jak dosáhnout udržitelné výroby
Udržitelnost v obalovém průmyslu je jedním z hlavních aspektů v boji proti problému s plastovým odpadem a v konečném důsledku i v boji proti změně klimatu. Výzvy, které to přináší, vyžadují flexibilní a výkonnou automatizační technologii.
V době vzrůstající snahy o udržitelnost je nezbytné najít způsoby, jak vyvíjet obaly šetrnější k životnímu prostředí, šetřit zdroje a spoléhat se na inteligentní a výkonnější výrobní linky.
Jsou potřeba ucelené koncepty. Představte si například kávové kapsle. Na jedné straně stojí spotřebitelé, kteří si přejí rychlý a snadný způsob, jak si ráno připravit šálek čerstvé kávy. Na straně druhé však představují populární jednorázové kapsle obrovskou zátěž pro životní prostředí. Spotřebitel, který je ohleduplnější k životnímu prostředí, vyžaduje, aby byla kávová zrna pěstována udržitelnějším a spravedlivějším způsobem, aby byly kapsle vyráběny ekologičtějším způsobem a aby byla rovněž ekologičtější i jejich recyklace. Klíčem jsou nové udržitelné přístupy k výrobě.
Není pochyb o tom, že po celém světě se vyrábí a vyhazuje do odpadu příliš mnoho plastů. Výroba plastů v posledních letech exponenciálně vzrostla – z 2,3 milionu tun v roce 1950 na 448 milionů tun v roce 2015 – a očekává se, že do roku 2050 se toto číslo opět zdvojnásobí. Navíc je tu další problém – plasty často obsahují přísady, díky kterým jsou odolnější, pružnější a trvanlivější. Mnohé z těchto přísad však prodlužují životnost produktů, když se stanou odpadem, kdy podle některých odhadů trvá jejich rozklad nejméně 400 let. V této souvislosti představuje obalový průmysl jeden z hlavních faktorů přispívajících k tomuto zahlcení plastem, které je naléhavě potřeba minimalizovat. Průmysl stojí tváří v tvář obrovskému úkolu, kterým je rozvoj udržitelných alternativ, minimalizace odpadu při současné úspoře energie a využívání alternativních zdrojů energie.
Pět pilířů udržitelného balení
Hlavní body, které je v souvislosti s udržitelnějším balením potřeba vzít v úvahu: První věc, kterou je třeba řešit, je snížení obalového materiálu – nejen co se týče obsahu čistého plastu v primárním balení, ale i množství ochranného sekundárního a konečného balení. Dalším bodem, na kterém je třeba pracovat, je odstranění potřeby jednorázových obalů. Některé strategie pro řešení tohoto problému začínají častějším používáním a rozšířením opakovaně použitelných a znovu naplnitelných systémů a vytvářejí balení v novém provedení s využitím alternativních obalových materiálů, které usnadňují recyklaci, jsou biologicky rozložitelné, kompostovatelné nebo mají nižší dopad na životní prostředí, pokud skončí na skládce. Další strategií jsou balení vyrobená z monomateriálů, o které v obalovém průmyslu roste zájem. Dají se sice lépe recyklovat, ale přechod na ně by mohl představovat náročný proces vyžadující jako již tolikrát přísnou kontrolu procesu a balicí zařízení by muselo být upraveno nebo přizpůsobeno tak, aby zvládalo náročný proces formování, plnění a uzavření, který by zajistil stejnou kvalitu a efektivitu balení.
Všechny tyto snahy o zavedení udržitelnějšího balení musí být doprovázeny infrastrukturou umožňující sběr, která spolu s nutnou změnou chování ze strany spotřebitelů, průmyslu, maloobchodníků a celého oběhového systému zajistí budoucnost s malým nebo nulovým množstvím odpadu.
Nové požadavky na výrobní zařízení
Jedna ze strategií vedoucích k větší udržitelnosti v obalovém průmyslu je snížení množství plastu, zejména pokud se jedná o čistý plast. Hlavním způsobem, jak to provést, je přejít z pevného na flexibilní balení. Tenčí stěny, menší velikosti, užší sváry a nižší hmotnost představují dobrý způsob, jak snížit množství čistého plastu použitého v primárním obalu. K tomu se přidává použití již zmíněných monomateriálů, papírových obalů a obalů z biopolymerů a rovněž zvýšení podílu recyklovaného materiálu v hlavních obalech, ochranných obalech a přepravních obalech (primárních, sekundárních i konečných). To se projeví na procesech i technologiích ve výrobní hale, které je potřeba revidovat. Společnosti musejí například zkontrolovat kompatibilitu svých zařízení a v případě potřeby upravit jejich nastavení. Aby bylo možné přejít na nové materiály, musejí být linky flexibilní. Je potřeba propojení a správa nových informací mezi stroji. Dále je nutné kontrolovat výkonnost strojů v nových podmínkách a co nejvíce předejít plýtvání.Přechod na nové materiály, zajištění kvality a bezpečnosti
Pokud je v obalech použito více udržitelných materiálů, je stále velmi důležité zajistit kvalitu konečného produktu. Na výrobní lince znamená přechod na udržitelnější materiály, že je třeba se vyhnout typickým problémům s primárním balením, jako je uvíznutí nebo roztržení materiálu, nedostatečná kvalita svárů nebo nesprávné označení.
Například materiály na bázi papíru mají odlišnou odolnost proti roztržení a propíchnutí, což znamená důkladnější kontrolu při formování balení, smršťovací fólie z recyklovaného plastu má ve srovnání s fólií vyrobenou z čistých materiálů velmi odlišné smršťovací vlastnosti, což vyžaduje variabilní, ale přesnou regulaci teploty smršťování. Existují také další aspekty, které je třeba u sekundárního balení vzít v úvahu a které se v poslední době stále více prosazují. Patří mezi ně snížení bodu tání u lepidel používaných při skládání a zalepování krabic, zavádění strategií vedoucích k redukci materiálu, včetně lehkých vlnitých materiálů, nebo vybalení a opětovné zabalení obsahu palety s využitím krabic vyrobených z udržitelnější lepenky a alternativních materiálů. Všechny tyto strategie, které mají zajistit udržitelnější balení, vyžadují pečlivou analýzu, aby bylo možné v rámci procesu určit bod, který by bylo potřeba aktualizovat, aby byla zajištěna kvalita a bezpečnost produktu.
Je zapotřebí nadčasová výroba využívající automatizační technologie a robotiku, která může flexibilně pracovat s různými materiály. Následující příklady ukazují, co konkrétně by společnosti měly vyhledávat.
1. Výzva týkající se zasekávání fólie
Tenčí, recyklované fólie jsou sice udržitelnější, ale mohou se také rychleji zamotat. I malé změny v tloušťce fólie způsobují nerovnoměrné navíjení a odvíjení a zvyšují na fólii napětí. Nerovnoměrné napětí naopak způsobuje vady při formování nebo zatavování sáčků, jako je například zkroucení, roztržení, krčení, posun do strany nebo vychýlení. Správná manipulace spolu s maximální výrobní kapacitou a minimální spotřebou fólie je klíčem k celkové efektivitě původního vybavení (OEE). Pokud se tedy ve sváru tvoří záhyby, měla by obsluha zkontrolovat, zda nejsou na stroji závady, v důsledku kterých je fólie podávána nesprávně. Může jít například o nesprávně zarovnané válečky, různá podávací zařízení nebo zaseknuté válečky, které se neotáčejí volně. Systém společnosti OMRON pro regulaci napnutí fólie zajišťuje synchronizovanou regulaci napětí, posuvu a řezu. Tato funkce je doplněna detekcí (barevných) značek, aby bylo pomocí regulace pohybu zajištěno vyrovnání fólie a optimální odvíjení role. Knihovna obalů společnosti OMRON nabízí širokou řadu funkčních bloků pro zpracování fólií ve strojích pro vertikální plnění a balení (VFFS).2. Výzva týkající se zatavení fólie
Tenčí materiály fólií nabízejí nižší náklady a lepší vzhled. Tyto materiály jsou však při použití tradičních lepidel a zatavovacích technologií citlivější na teplo a náchylnější k propálení. Skutečná teplota při zatavování se proto musí neustále a přesně regulovat a automaticky upravovat, aby nedošlo ke ztrátě produktivity nebo vadným svárům, v důsledku kterých vznikají vadné výrobky a odpad. Společnost OMRON řeší tuto výzvu pomocí algoritmu pro regulaci teploty, který je založený na umělé inteligenci a synchronizovaný s pohybem stroje a technologií senzorů, které lze umístit blíže zatavovací tyči. Rušení se vyrovnává pomocí funkce automatického nastavení filtru.3. Výzva týkající se kontroly kvality obalů a štítků
Pevné plastové obaly jsou stále více nahrazovány opakovaně uzavíratelnými obaly nebo sáčky s nálevkami. Flexibilní balení s novými prvky, jako jsou uzávěry s možností opakovaného uzavření, klade různé požadavky na neporušenost balení a testování kvality. Tenčí fólie, materiály na biologické bázi nebo materiály s vyšším obsahem recyklovaných materiálů mají jiný profil, pokud jde o teplo, roztažnost a odolnost proti propíchnutí. Tyto rozdíly mohou být důvodem nepravidelných tvarů a okrajů při tvarování a řezání. Udržitelnější materiály, jako jsou materiály bez laminace nebo monomateriály, také mění tvar a mohou snížit přesnost nebo výkon při tisku štítků. Pokud je tvar nekonzistentní nebo se změní kvalita tisku, informace na štítku se dají těžko přečíst, zkontrolovat a ověřit. Společnost OMRON to řeší pomocí vysokorychlostního kontrolního systému. Tento jednoduchý a přizpůsobitelný systém je vhodný pro více linek a transparentní integraci s robotickými systémy. Nabízí platformu s několika kamerami a jedním ovladačem pro záznam více snímků při vysoké rychlosti, což umožňuje spolehlivou detekci potenciálních vad. Pokročilé algoritmy pomáhají detekovat obtížně čitelné znaky v proměnlivých světelných podmínkách a při vysokých rychlostech.
4. Výzva týkající se nových lepidel a technik lepení
Odstranění lepicích pásek a minimalizace lepidel zvyšuje recyklovatelnost krabic. Díky odstranění potřeby silikonového proužku jsou 100% recyklovatelné a biologicky rozložitelné. Při výrobě a zalepování krabic se společnosti stále více zaměřují na strategické a omezené používání lepidel. To vyžaduje vysokou úroveň přesnosti a nepřetržitou kontrolu kvality. Díky automatizovanému systému vizuální kontroly podporuje společnost OMRON přesné zjištění vzorů lepení. Nastavení vysokého rozlišení a jasu umožňuje detekovat vady s nízkým kontrastem, a to i v těch nejnáročnějších světelných podmínkách nebo v případě obtížně detekovatelných materiálů.5. Výzva týkající se manipulace s více materiály
Kartonové krabice z recyklovaných vláken mají vyšší poréznost a jsou pružnější. Manipulace s krabicemi vyrobenými z recyklovaného kartonu, aniž by došlo k jejich poškození, může být však při použití tradičních strojů nebo ručním vybalování a opakovaném balení obtížná. Tradiční řešení využívající nakládání na palety jsou složitá na přizpůsobení a naprogramování, zabírají mnoho prostoru a v případě potřeby je nelze přemístit do jiných částí závodu. Proto je vhodné mít integrované řešení využívající kolaborativního robota (kobota) se speciálními uchopovacími moduly, aby bylo možné bezpečně manipulovat s širokou škálou nepravidelných tvarů, úrovní poréznosti a jemnými předměty.
Společnost OMRON nabízí kompletní řešení pro automatizaci linek využívajících udržitelné obaly, které pomáhá společnostem zajistit efektivnější a ekologičtější provoz strojů, využít je na nové recyklovatelné materiály a zajistit kvalitu produktů. Sysmac je integrovaná automatizační platforma, která zajišťuje kompletní řízení a správu automatizovaného závodu. V jádru této platformy podporuje řada jednotek pro řízení strojů synchronizované řízení všech strojních zařízení a nabízí pokročilé funkce, jako je pohyb, robotika a připojení k databázi. Tento multidisciplinární koncept umožňuje zjednodušit architekturu řešení, redukovat programování a optimalizovat produktivitu.
