Branża opakowań ma kluczowe znaczenie dla sprawnego funkcjonowania naszego społeczeństwa. Prawie każdy produkt komercyjny potrzebuje opakowania a proces pakowanie musi zostać zaprojektowany dla zapewnienia szybkości, oszczędności i powtarzalności. Realizacja tego zadania nie byłaby możliwa, gdyby nie różnorodność maszyn pakujących, których wydajność bezpośrednio zależy od precyzyjnego sterowania ruchem.
Zakres zadań wykonywanych przez maszyny pakujące obejmuje finalne pakowanie lecz nie tylko. Puszki, opakowania i butelki (oraz wszystkie inne, określane jako opakowania jednostkowe) muszą zostać wykonane, napełnione, zamknięte i oznakowane a następnie pogrupowane w opakowania gotowe do dystrybucji (opakowania zbiorcze). Opakowania te są następnie zabezpieczane na czas transportu za pomocą skrzyń, folii i palet, czyli tzw. opakowań transportowych.
W związku z wymaganiami dotyczącymi bezpieczeństwa, higieny, szybkości i dokładności, prawie wszystkie te operacje powinny być wykonywane maszynowo.
Wystarczy pomyśleć o setkach słoików czy butelek, których ruchem można kierować jednym przenośnikiem a które trafiają pod dozowniki płynnego produktu, a następnie są dokładnie zamykane i przekazywane do etykietowania.
Innym przykładem może być pionowa maszyna pakująca (VFFS). To pomysłowe urządzenie w jednym ciągu produkuje zgrzewane plastikowe (papierowe lub foliowe) torebki, z których każda jest napełniana produktem po wykonaniu zgrzewów wzdłużnego z tyłu i na dole, a następnie wykonuje zgrzew końcowy/cięcia u góry a wszystko to z jednej rolki zadrukowanego materiału opakowaniowego.
Chociaż dużo tego typu maszyn jest dostępnych na rynku od wielu lat (pierwsza maszyna VFFS została opatentowana w latach 30. XX wieku), to do ich pracy potrzebne są specjalnie zaprogramowane serwonapędy z dedykowanymi profilami ruchu (w przypadku prostych sekwencji ruchy czasem wystarczą uniwersalne przemienniki częstotliwości).
W przypadku wymagań odpowiednich profili ruchu, krytyczne znaczenie ma odpowiednie sterowanie prędkością. Uzyskanie powtarzalne długości opakowań w maszynach VFFS wymaga dodatkowo zapewnienia odpowiedniego naprężenie podawanego materiału opakowania. Można to osiągnąć poprzez szybkie i mocne przesuwanie pasów napinających w pierwszej fazie podawania materiału, a następnie przez łagodne zmniejszanie prędkości, aż do uzyskania wymaganej długości torebki (wszystko to musi odbywać się w ułamku sekundy na każde opakowanie).
Ale dokładność, to coś więcej niż tylko jakość pracy.
Napędy i inteligentne systemy sterowania ruchem są cenione między innymi ze względu na oszczędności energii i zwiększenie trwałości maszyn. Nie mniej ważne dla przemysłu opakowaniowego jest to, w jakim stopniu wysoka precyzja maszyny wpływa na zmniejszenie ilości odpadów, a tym samym jaki jest jej wpływ na środowisko.
Ta kwestia pozostanie szczególnie istotna dopóki w całym sektorze opakowaniowym powszechnie stosowane będą tworzywa sztuczne.
Nie chodzi tu wyłącznie o możliwość takiego zaprogramowania maszyn, aby wykorzystywały one
materiał możliwie najbardziej optymalny sposób. Chodzi też o to, ze w niektórych przypadkach same zmiany materiału mogą sprawiać dodatkowe problemy. Na przykład, gdy dojdzie do zmiany składu materiału, ze względu na wymagania środowiskowe. Na przykład używana do owijania folia z recyclingu jest cieńsza i delikatniejsza, niż folia nie produkowana z materiału z odzysku. Jest więc też bardziej podatna na marszczenie lub rozdarcia w przypadku nieprawidłowego naprężenia. Te zmiany stwarzają nowe wymagania w zakresie dokładności synchronizacji rolek i mechanizmów podających folii.
Ale z tym wyzwaniem, oraz z koniecznością uwzględnienia niższych tolerancji termicznych cieńszych folii podczas procesu zgrzewania, nowa generacja maszyn pakujących radzi sobie bez problemów. Dzięki odpowiedniej kombinacji napędów, algorytmów sterowania i technologii czujników możliwa jest praca z folią (z recycling lub nie) nawet cztery razy cieńszą od starszych folii, co umożliwia ograniczenie ilości zużywanej folii przemysłowej nawet o 75%.
Ogólną ilość odpadów opakowaniowych można zredukować poprzez zmniejszenie ilości pierwotnego materiału. To dość rozsądna propozycja, choć nie zawsze prosta do realizacji.
Dla przykład, chociaż pakowanie produktu do pudełka o zbyt dużych wymiarach nie jest wskazane, nie tylko z powodu strat kartonu, ale również z powodu konieczności ograniczenia zużycia papieru, pianki lub plastikowych wypełnień na dalszych etapach, to rozwiązania linii produkcyjnych starego typu w naturalny sposób skłaniają się ku koncepcji unifikacji rozmiarów wszystkich opakowań.
Standardy te coraz bardziej kłócą się jednak z obecnymi trendami dywersyfikacji produktów, uważanymi dziś za podstawową strategię rozwoju marek.
Obecnie w branży ugruntowują się dwa rozwiązania problemu pakowania w opakowania kartonowe.. Pierwszym z nich jest produkowanie pudełek o niestandardowych wymiarach na żądanie, a drugim bardziej efektywne ich wypełnianie. Oba te podejścia zrealizowano budując inteligentne maszyny pakujące, obsługujące szereg osi z silnikami o regulowanej prędkości obrotowej czy też z serwonapędami.
Przykładem maszyny z pierwszej kategorii może być kartoniarka, która przed zaklejeniem i etykietowaniem gotowych pudełek owija produkty o różnych wymiarach, podawane przez przenośnik, w odcinki odpowiedniej długości giętkiej tektury odcinanej z taśmy. Inteligentna maszyna do wypełniania pudełek umieszcza następnie produkty we wstępnie złożonych pudełkach w sposób ograniczający nieefektywne wykorzystanie dostępnej przestrzeni.
Jak się okazuje, te same algorytmy wypełniania są także przydatne w „ciężkim” świecie paletyzacji, w którym tradycyjne systemy pneumatyczne i hydrauliczne ustępują miejsca sterowaniu ruchem z serwonapędami.
Zautomatyzowane paletyzatory istnieją od lat 40. XX wieku, ale maszyna umożliwiająca układanie jednego produktu w jeden sposób może wymagać trwającego wiele miesięcy przeprojektowywania, gdy zajdzie konieczność zmiany sposobu jej pracy. Najnowsze postępy w automatyce, a zwłaszcza integracja funkcji robotycznych ze sterownikami ruchu i logiką sterowania maszyny, doprowadziły do powstania nowej generacji bardzo sprawnych robotów paletyzujących, które są łatwo integrowane przez wszystkich dysponujących wiedzą na temat tradycyjnych rozwiązań PLC.
Sama szybkość, dokładność, a nawet wydajność obecnie już nie wystarczają. Ponieważ zmienność i różnorodność są kluczowymi cechami współczesnego podejścia do konsumentów, to w przypadku maszyn pakujących produkty nie mniej istotna jest ich elastyczność.