Картонажная машина: как она работает, какой тип вам нужен и на что обратить внимание перед покупкой

Что такое картонажная машина и что она делает?

Картонирующая машина, также называемая картонажной машиной, машиной для упаковки в картонные коробки или машиной для сборки и наполнения картонных коробок, представляет собой автоматизированное упаковочное оборудование, которое принимает сложенные в плоскость картонные коробки, укладывает их в открытые коробки, наполняет их продукцией, а затем закрывает и запечатывает их для последующей маркировки, упаковки в коробки или отправки. Вся последовательность — монтаж коробки, загрузка продукта, складывание клапана и запечатывание — выполняется автоматически со скоростью от нескольких десятков до нескольких сотен коробок в минуту в зависимости от типа и конфигурации машины.

Картонирующие машины занимают центральное место в линиях вторичной упаковки во многих отраслях промышленности. Фармацевтические производители используют их для упаковки блистеров, бутылок и флаконов в складные картонные коробки. Производители продуктов питания используют их для упаковки хлопьев, крекеров, замороженных блюд и кондитерских изделий. Компании, производящие косметику и средства личной гигиены, используют их для изготовления кремов, сывороток и средств по уходу за волосами. В каждом случае картонажная машина берет на себя трудоемкую, повторяющуюся работу по формованию и заполнению картонных коробок, которая в противном случае потребовала бы большого количества операторов ручной упаковки, одновременно улучшая скорость, стабильность, гигиену и экономическую эффективность.

Современные упаковочные машины для картонной упаковки имеют широкие возможности настройки и могут работать с картонными коробками самых разных размеров, типов продуктов, стилей закрытия и скоростей линии. Многие из них легко интегрируются с предшествующим оборудованием для розлива или первичной упаковки, а также с последующими чеквейерами, металлодетекторами, устройствами для нанесения этикеток и упаковщиками в коробки, образуя полностью автоматизированные упаковочные линии с минимальным вмешательством человека.

Как работает картонажная машина: пошаговый процесс

Несмотря на разнообразие доступных конструкций и конфигураций, основной процесс, используемый большинством картонажных машин, включает одну и ту же фундаментальную последовательность операций. Понимание этой последовательности помогает понять, почему разные конструкции машин подходят для разных продуктов и стилей упаковки.

Картонный магазин и подача заготовок

Плоско сложенные картонные заготовки загружаются в магазин — большой бункер или стойку, в которой хранится запас заготовок, ориентированный правильно для автоматической подачи. Присоска или механическая система захвата извлекают по одной заготовке из магазина и передают ее в машину. Большинство машин оснащены датчиками, определяющими низкий уровень холостых патронов и вызывающими оповещение до того, как магазин опустеет, что позволяет оператору перезаряжать, не останавливая линию. Некоторые высокоскоростные станки оснащены автоматическими системами подачи заготовок, которые непрерывно пополняют магазин из больших запасов без ручного вмешательства.

Монтаж и открытие коробки

Плоская заготовка из сложенного состояния раскрывается в трехмерную прямоугольную коробку с помощью комбинации присосок, формовочных направляющих и механических плугов. Это один из наиболее механически точных этапов процесса: перед вставкой продукта коробка должна быть полностью выровнена и правильно ориентирована. Неправильно установленные картонные коробки приводят к застреванию продукции, пропускам наполнения и проблемам с запечатыванием на выходе. Затем собранную коробку переносят в контейнер для картона или цепной конвейер, который удерживает ее на месте во время прохождения последующих этапов машины.

Загрузка и вставка продукта

Продукт вкладывается в открытую коробку либо с торца (машины с торцевой загрузкой), либо сверху (машины с вертикальной загрузкой). В картонажных машинах с торцевой загрузкой толкатель или роботизированная рука перемещает продукт горизонтально в открытый конец коробки. В машинах с вертикальной загрузкой продукт падает, помещается или опускается вертикально в открытую верхнюю часть коробки. Система загрузки продукта является наиболее специфичной частью машины: для разных типов продуктов требуются разные подающие конвейеры, системы группировки и механизмы вставки. На этом этапе листовки, инструкции или пакетики можно автоматически вставлять рядом с продуктом с помощью специальных устройств для вставки листовок.

Складывание и закрытие клапана

После вставки продукта открытый конец или концы коробки закрываются путем последовательного складывания клапанов коробки. Механические плуги и направляющие складывания складывают малые и большие клапаны в правильном порядке, а застежка либо заправляется (заправочный язычок на внутреннем клапане фиксируется под внешним клапаном без клея), либо приклеивается (клей-расплав наносится на клапаны перед их сжатием и удерживается под давлением, пока клей схватывается). Заворачивающиеся крышки работают быстрее и не требуют клеевой системы, но приклеенные крышки обеспечивают более надежную и структурно надежную герметизацию — выбор между ними зависит от продукта, конструкции коробки и любых нормативных требований к доказательствам несанкционированного вскрытия.

Разгрузка и отбраковка картонных коробок

Готовые запечатанные коробки выгружаются на выходной конвейер для передачи на последующее оборудование. Большинство современных картонажных машин оснащены системами технического зрения или датчиками, которые проверяют заполнение картонных коробок, целостность укупорочных средств и наличие листовок в точке разгрузки. Картонные коробки, не прошедшие ни одну из этих проверок, автоматически направляются в лоток для отбраковки, предотвращая попадание несоответствующих упаковок к потребителю. Данные об отказе регистрируются для записей о качестве, а повторные отказы одного и того же типа вызывают сигнал тревоги, побуждающий оператора расследовать первопричину.

Типы картонажных машин: с торцевой и верхней загрузкой

Самым фундаментальным различием между типами картонажных машин является направление, с которого продукт попадает в коробку — с конца (горизонтально) или сверху (вертикально). Это единственное различие имеет существенное значение для того, какие продукты можно упаковывать, как должна быть организована подача продуктов и какие стили картонных коробок совместимы с каждым типом машины.

Горизонтальные картонажные машины с торцевой загрузкой

В горизонтальной картонажной машине или картонажной машине с торцевой загрузкой коробка проходит через машину горизонтально на своей стороне, а продукт вставляется горизонтально через один открытый конец. Это наиболее распространенная конфигурация фармацевтической упаковки, при которой блистерные упаковки, тубы, флаконы и флаконы вставляются в коробку с помощью толкающей пластины. Горизонтальная ориентация сохраняет устойчивость коробки и позволяет легко вставлять в нее продукты одинаковых размеров и формы. Картонаторы с торцевой загрузкой хорошо совместимы с линейными системами подачи продукции: продукт непрерывно поступает от предшествующего оборудования в линию, группируется до нужного количества и одним плавным движением вталкивается в коробку. Скорость высокопроизводительных упаковочных машин для фармацевтических препаратов с торцевой загрузкой может достигать 300–500 коробок в минуту на машинах непрерывного действия.

Вертикальные картонажные машины с вертикальной загрузкой

В картонажных машинах с вертикальной загрузкой или вертикальной загрузкой коробка удерживается вертикально с открытой верхней частью, а продукт загружается сверху. Эта конфигурация лучше подходит для продуктов, которые сложно передвигать по горизонтали — хрупких предметов, таких как шоколад, печенье и печенье, которые могут сломаться под давлением толкающей пластины; нестандартные или мягкие продукты, такие как свежая выпечка или пакеты; и продукты, которые необходимо аккуратно складывать или располагать в определенной ориентации внутри коробки. Упаковщики с вертикальной загрузкой часто используют роботизированные системы загрузки — дельта-роботы или роботы SCARA, оснащенные головками для захвата и размещения с визуальным управлением — для бережной и точной транспортировки продукции. Картонажные машины с вертикальной загрузкой, как правило, несколько медленнее, чем высокоскоростные машины с торцевой загрузкой для простых продуктов, но обеспечивают большую гибкость при сложных схемах загрузки.

Картонирующие машины периодического и непрерывного действия

Картонирующие машины как с торцевой, так и с верхней загрузкой могут использовать прерывистое или непрерывное движение. Машины прерывистого движения на мгновение останавливают каждую коробку на каждой станции — монтаж, загрузка, складывание, запечатывание — перед индексацией в следующую позицию. Такое действие «стоп-и-гоу» упрощает механическую синхронизацию и дает больше времени для каждой операции, но ограничивает максимальную скорость и увеличивает механический износ из-за повторяющихся циклов старт-стоп. Машины непрерывного действия обеспечивают плавное перемещение коробок на протяжении всего процесса, причем каждая рабочая станция движется синхронно с коробкой, выполняя свою функцию. Непрерывное движение обеспечивает значительно более высокие скорости и более бережное обращение с картонной коробкой, но требует более сложной техники. Для производительности ниже примерно 100 коробок в минуту прерывистое движение часто является достаточным и более экономически эффективным; выше этого порога обычно предпочитают машины непрерывного действия.

Конфигурации картонажных машин по типу закрытия

Помимо различия между торцевой и верхней загрузкой, картонажные машины также классифицируются по тому, как они закрывают и запечатывают коробку. Два основных метода закрытия — заворачивание и запечатывание клеем — по-разному влияют на сложность машины, требования к конструкции коробки и пригодность закрытия для различных применений.

Ключевые отрасли, которые полагаются на картонирующие машины

Хотя картонажные машины используются практически во всех секторах производства потребительских товаров, в некоторых отраслях наблюдается особенно высокая концентрация картонационных установок и предъявляются самые строгие требования к производительности, соблюдению требований и гибкости машин.

Фармацевтика и здравоохранение

Фармацевтические картонажные машины должны соответствовать самым строгим нормативным требованиям и стандартам качества любой отрасли. Соответствие GMP (надлежащей производственной практике) требует, чтобы все поверхности, контактирующие с продуктом и рядом с ним, были легко очищаемы и проверяемы, чтобы машина могла быть проверена на демонстрацию стабильной производительности и чтобы поддерживалась полная отслеживаемость партии. Упаковщики фармацевтических товаров обычно включают 100% проверку заполнения картонных коробок (проверку того, что каждая коробка содержит листовку и правильное количество блистеров или флаконов), визуальную проверку напечатанного текста на картонной упаковке, включая номер партии и дату истечения срока годности, а также интеграцию сериализации для обеспечения соответствия отслеживанию и отслеживанию в соответствии с такими правилами, как FMD ЕС (Директива о фальсифицированных лекарственных средствах) и DSCSA США. Скорость упаковки в фармацевтическую продукцию варьируется от 50 до более 400 коробок в минуту для твердых лекарственных форм.

Еда и напитки

Области применения в картонной упаковке пищевых продуктов варьируются от высокоскоростного наполнения коробок с крупами со скоростью несколько сотен коробок в минуту до бережной упаковки кондитерских изделий, требующей бережного обращения с продуктом. Картонирующие машины для пищевых продуктов должны быть изготовлены из нержавеющей стали и безопасных для пищевых продуктов материалов в зонах выпуска продукции и должны легко поддаваться мойке в целях соблюдения гигиенических требований. Упаковщики замороженных продуктов работают в холодных и влажных условиях, что предъявляет дополнительные требования к электронике, системам смазки и механическим компонентам. Многие приложения для упаковки пищевых продуктов требуют установки чеквейера сразу после упаковочной машины для проверки веса наполнения перед запечатыванием коробки — упаковки с недостаточным весом автоматически отбраковываются перед закрытием.

Косметика и уход за собой

Картонная упаковка косметики обычно включает в себя продукцию широкого спектра форм и размеров, а также хрупкую упаковку (стеклянные флаконы, помповые дозаторы, компактные упаковки), требующие осторожного обращения. Эстетическое качество готовой коробки имеет решающее значение: складки, потертости, растекание клея или смещенные клапаны недопустимы для косметической упаковки премиум-класса. В высококлассных машинах для картонирования косметики используются оси с сервоприводом для точного, бережного обращения, мягкого захвата, а не жесткого зажима, а также системы технического зрения, которые проверяют внешний вид коробки, а также качество закрытия. Гибкость широкого ассортимента продукции особенно важна в косметической отрасли, где выпуск новых продуктов и сезонные изменения приводят к частой смене размеров.

Товары для дома и товары народного потребления

Капсулы с моющими средствами, бритвы, свечи, мелкие электронные аксессуары и множество других потребительских товаров упаковываются в складные картонные коробки на картонажных машинах. В этих приложениях высокая пропускная способность и максимальное время безотказной работы часто отдаются приоритету, а не требованиям точности и соответствия фармацевтическим требованиям. Надежность, простота обслуживания и быстрая смена нескольких артикулов, обычно обрабатываемых на одной линии, являются ключевыми критериями выбора машин в этом сегменте.

Скорость и производительность картонажной машины: что означают цифры

Скорость машины, выраженная в коробках в минуту (CPM), является основной характеристикой любой картонажной машины, но требует тщательной интерпретации. Номинальная скорость — это максимальная номинальная скорость в идеальных условиях при непрерывной работе коробки одного размера. Фактическая производительность всегда ниже номинальной скорости, поскольку она снижается из-за плановых остановок (переналадка, очистка, пополнение магазина), незапланированных простоев (механические неисправности, застревания, бракованные события), а также потерь эффективности, присущих производству нескольких типов продукции на одной машине.

Общая эффективность оборудования (OEE) — результат доступности машины, производительности и качества — является более значимым показателем реальной производительности картонажной машины. Машина с номинальной скоростью 200 CPM, но с OEE 65 %, обеспечивает ту же фактическую производительность, что и машина с номинальной скоростью 130 CPM и OEE 100 %. При оценке машин запрашивайте у поставщиков данные OEE от сопоставимых эталонных установок, а не сосредотачивайтесь исключительно на номинальной скорости. Для большинства хорошо управляемых производственных предприятий целевые показатели OEE на уровне 80–85 % для линий картонирования считаются достижимыми; операции мирового класса нацелены на 90% и выше.

Ключевые характеристики, которые следует сравнивать при оценке картонажных машин

При оценке картонажных машин для покупки структурированное сравнение следующих характеристик позволит выявить различия между моделями и поставщиками, которые наиболее важны для вашего конкретного применения.

• Размер коробки: Минимальные и максимальные размеры коробки, которую может обрабатывать машина по каждой оси (длина, ширина, высота). Убедитесь, что весь диапазон текущих и запланированных размеров картонных коробок попадает в диапазон регулировки машины и что регулировка между размерами может быть произведена без чрезмерных простоев.
• Время переключения: Время, необходимое для перехода от одного размера коробки/продукта к другому, включая настройку механических направляющих, замену деталей формата и проверку новой настройки. В средах с большим количеством SKU и частыми изменениями размеров время переналадки оказывает огромное влияние на доступное производственное время. Быстросъемные детали формата, не требующие инструментов, и регулировка размера с помощью сервопривода значительно сокращают время переналадки по сравнению с механическими системами с винтовой регулировкой.
• Система привода — механический кулачок или сервопривод: В более старых и недорогих картонажных машинах используются механические системы с кулачковым приводом, в которых все движения связаны общим распределительным валом. Машины с сервоприводом заменяют большинство или все кулачки серводвигателями с индивидуальным управлением, обеспечивая гораздо большую гибкость, более легкую регулировку размера, более бережное обращение с продуктом и более простую электронную перенастройку. Для применений, требующих высокой гибкости и частых переналадок, предпочтение отдается картонарам с сервоприводом, несмотря на их более высокую первоначальную стоимость.
• Система подачи и группировки продуктов: Конструкция подачи продукта — то, как продукты отделяются, подсчитываются, группируются и доставляются к месту загрузки картонных коробок — должна соответствовать конкретным характеристикам продукта. Блистерные упаковки, бутылки, тюбики, пакеты и хрупкие предметы требуют разных подходов к подаче. Оцените, продемонстрировал ли поставщик опыт работы с вашим конкретным типом продукта и какая гибкость заложена в подачу для обработки вариаций продукта.
• Система проверки и отбраковки: Узнайте, какие проверки выполняются на каждой упаковке перед разгрузкой — наличие продукта, проверка вставки листовки, целостность закрытия коробки, проверка печати — и каков процент ложных браков. Система с очень низким процентом ложных браков снижает потери продукции и остановки линий; система, которая упускает подлинные дефекты, создает проблемы с качеством в дальнейшем.
• Платформа HMI и управления: Интерфейс оператора должен быть понятным, интуитивно понятным и способным отображать диагностику неисправностей, статистику производства и управление рецептами для различных форматов продуктов. Хорошо спроектированный HMI сокращает время обучения операторов, ускоряет устранение неполадок и упрощает управление перенастройкой. Проверьте, основана ли платформа управления на широко поддерживаемой системе ПЛК и SCADA, для которой легко доступны местные инженерные знания и запасные части.
• Возможности подключения и готовность к Индустрии 4.0: Современные картонажные машины должны обеспечивать возможность передачи данных OPC-UA или эквивалентную систему для интеграции с системами управления производством (MES), платформами планирования ресурсов предприятия (ERP) и общими системами мониторинга линии. Производственные данные в режиме реального времени, регистрация неисправностей и оповещения о профилактическом обслуживании становятся все более стандартными ожиданиями при установке нового оборудования.

Автоматические и полуавтоматические картонирующие машины

Не для каждой производственной среды требуется полностью автоматическая картонажная машина. Полуавтоматические упаковочные машины выполняют некоторые этапы автоматически — обычно сборку и закрытие коробки — при этом оператору требуется вручную поместить продукт в открытую коробку. Они представляют собой практичное и экономически эффективное решение для небольших объемов операций, начинающих предприятий, пилотного производства и продуктов, которые слишком сложны или хрупки для автоматической загрузки.

Полуавтоматические картонирующие машины обычно работают со скоростью 10–40 коробок в минуту, требуют одного или двух операторов на станции погрузки и стоят значительно дешевле, чем полностью автоматические машины с эквивалентной производительностью. Их относительно простая механическая конструкция также означает меньшие требования к техническому обслуживанию и более легкое обучение операторов. Компромиссом являются более высокие затраты на рабочую силу на коробку и вариативность, присущая ручному размещению продукта: выравнивание, ориентация и последовательность вставки зависят от навыков и внимания оператора.

Полностью автоматические картонирующие машины полностью исключают присутствие оператора на станции загрузки, заменяя ручную загрузку механическими толкателями, роботами для захвата и размещения или системами загрузки с непрерывным движением. Они экономически оправданы, когда объемы производства, трудозатраты или гигиенические требования делают загрузку вручную нецелесообразной. В фармацевтическом производстве нормативные требования по контролю загрязнения часто фактически требуют полностью автоматической загрузки даже при относительно скромных темпах производства.

Что проверить перед покупкой картонажной машины

Покупка картонажной машины — это значительные капиталовложения, имеющие долгосрочные последствия для производственных мощностей и гибкости. Следующий контрольный список охватывает наиболее важные этапы комплексной проверки перед принятием решения о выборе поставщика и спецификации машины.

• Заводские приемочные испытания (FAT): Всегда требуйте полную заводскую проверку на предприятии поставщика перед отправкой машины, работающей с вашими картонными коробками и продуктами. Убедитесь, что все указанные скорости, время переключения, характеристики отбраковки и функции проверки выполняются в реальных условиях эксплуатации. Любые проблемы, выявленные во время FAT, гораздо дешевле и быстрее решить на предприятии поставщика, чем после установки.
• Посещения справочного сайта: Попросите отзывы клиентов, использующих аналогичную продукцию, типы картонных коробок и скорости линий на одной и той же модели машины. Посещение действующей установки позволяет увидеть реальную производительность, надежность, требования к техническому обслуживанию и опыт оператора, который не может полностью воспроизвести ни одна брошюра или FAT.
• Наличие запасных частей и сроки поставки: Определите критически важные запасные части — те, выход из строя которых может привести к остановке линии — и убедитесь, что они имеются на складе у поставщика или ближайшего дистрибьютора в короткие сроки. Для машин с длительными производственными циклами рассмотрите возможность хранения критически важных запасных частей на месте, чтобы свести к минимуму риск простоя из-за непредвиденных сбоев компонентов.
• Сеть обслуживания и поддержки: Убедитесь, что у поставщика есть сервисные инженеры, которые смогут добраться до вашего объекта в течение приемлемого времени. Возможность удаленной диагностики — когда поставщик может удаленно подключиться к ПЛК машины для диагностики неисправностей — значительно сокращает время простоя из-за проблем, связанных с программным обеспечением и настройками, и становится все более стандартным предложением от надежных поставщиков картонажных машин.
• Перспективы и пути обновления: Подумайте, можно ли модернизировать машину для обработки коробок большего размера, более высоких скоростей или новых систем контроля по мере роста вашего бизнеса. Модульная архитектура машин, допускающая будущие обновления, более ценна в долгосрочной перспективе, чем машины с фиксированной конструкцией, не предлагающие пути обновления.
• Общая стоимость владения (TCO): Обратите внимание не только на покупную цену, но и на полную стоимость эксплуатации машины в течение ожидаемого срока службы — потребление энергии, запасные части и расходные материалы, труд по техническому обслуживанию, обучение операторов, а также стоимость производственных потерь из-за плановых и внеплановых простоев. Машина, покупка которой обходится на 20 % дороже, но имеет существенно более низкую совокупную стоимость владения за десять лет эксплуатации, является лучшим экономическим выбором.

Тенденции, определяющие будущее картонажных машин

Рынок картонажных машин быстро развивается в ответ на изменения в предпочтениях потребителей в отношении упаковки, нормативных требованиях, требованиях устойчивого развития и технологиях производства. Несколько важных тенденций определяют, как сегодня проектируются и определяются характеристики картонажных машин, и будут продолжать это делать в ближайшие годы.

Экологичность – одна из самых сильных сил, меняющих форму картонной упаковки и, следовательно, конструкцию картонажных машин. По мере того, как бренды переходят от пластиковой упаковки к картонным коробкам (под влиянием как давления со стороны регулирующих органов (запрет на одноразовый пластик на многих рынках), так и предпочтений потребителей), спрос на картонирующие машины растет. В то же время новые экологичные конструкции картонных коробок, в том числе картонные коробки, изготовленные из переработанного картона, более тонкого картона и картонные коробки с альтернативными механизмами закрытия, исключающими использование клея, создают новые проблемы для картонажных машин, которые должны надежно работать с этими материалами. Поставщики машин реагируют на это более чувствительными системами контроля натяжения, регулируемыми усилиями складывания и более широкой совместимостью с альтернативными сортами плит и отделками.

Требования к сериализации и цифровому подключению продолжают ужесточаться, особенно в фармацевтической упаковке, где сквозное отслеживание цепочки поставок в настоящее время является нормативным требованием на большинстве крупных рынков. Картонажные машины должны легко интегрироваться с системами визуального контроля, которые проверяют напечатанные серийные коды на каждой коробке, отбраковывают несоответствующие упаковки и загружают данные проверки в системы управления цепочками поставок в режиме реального времени. Сложность и требования к управлению данными, возникающие при сериализации, существенно повысили ожидания от базовых возможностей всех новых упаковочных машин для фармацевтических компаний. Те же возможности подключения и отслеживания данных все чаще применяются при упаковке продуктов питания и потребительских товаров, поскольку розничные торговцы и регулирующие органы расширяют требования к отслеживанию и отслеживанию за пределами фармацевтических препаратов.