Förpackning är det sista steget innan en livsmedelsprodukt lämnar fabriken, och det steg där manuellt arbete ofta finns kvar längst. När en producent börjar se över automation handlar frågan sällan om att byta ut en hel linje på en gång. Den handlar om vilket eller vilka steg som ska automatiseras, i vilken ordning, och hur de ska fungera ihop med det som redan står på golvet. Den här artikeln går igenom hur en förpackningslinje är uppbyggd av flera förpackningsmaskiner, vilka beslut som styr automationsgraden och hur arbetet brukar läggas upp i praktiken.
Vad en förpackningslinje består av
En förpackningslinje är en kedja av stationer som var och en utför en avgränsad uppgift. Hur många stationer som finns, och hur tätt de hänger ihop, beror på produkten och på hur mycket som ska gå igenom per timme.
En typisk linje för en kyld livsmedelsprodukt innehåller följande steg:
- Inmatning och produkthantering: transportband, orientering och buffring fram till förpackningssteget.
- Dosering och portionering: vägning eller volymetrisk dosering så att varje förpackning får rätt mängd.
- Formning och fyllning: förpackningen formas, fylls och försluts.
- Atmosfär eller vakuum: luften i förpackningen byts ut eller sugs bort för att förlänga hållbarheten.
- Märkning och kodning: datum, batchnummer, vikt och pris trycks eller etiketteras.
- Kontroll: vägning, metalldetektering och tätningskontroll innan produkten går vidare.
- Sekundärförpackning: kartongpackning och palletering i slutet av linjen.
Alla linjer har inte alla steg, och flera steg kan sitta i samma maskin. Poängen med uppdelningen är att varje station kan automatiseras för sig, med olika grad av komplexitet.
Börja med att mäta den linje du har
Innan något byts ut behöver man veta var den nuvarande linjen tappar tid. Det vanligaste måttet är OEE, som är produkten av tre delar: tillgänglighet (hur stor andel av planerad tid maskinen faktiskt kör), prestanda (hur nära maximal hastighet den kör när den går) och kvalitet (hur stor andel av produkterna som blir godkända). Ett lågt värde på någon av delarna pekar mot olika åtgärder. Låg tillgänglighet beror ofta på stillestånd vid omställning eller fel, låg prestanda på att linjen körs långsammare än maskinen klarar, och låg kvalitet på kassationer eller omkörningar.
Den station som begränsar hela linjens kapacitet kallas flaskhalsen. Att automatisera en station som inte är flaskhalsen ökar sällan den totala genomströmningen, eftersom linjen ändå bromsas av den långsammaste delen. Därför börjar ett automationsarbete oftast med att kartlägga flödet och mäta var tiden går, inte med att välja maskin.
Underlag som brukar samlas in innan beslut:
- Antal artiklar (SKU) som körs på linjen och hur ofta man byter mellan dem.
- Tid för omställning mellan artiklar.
- Orsaker till stillestånd, uppdelat på fel, materialbrist och omställning.
- Faktisk hastighet jämfört med maskinens märkkapacitet.
- Andel kasserad eller omkörd produkt och varför.
Dosering och portionering
Dosering avgör hur mycket produkt som hamnar i varje förpackning. För styckevaror och bitar används ofta flerhuvudsvågar, även kallade kombinationsvågar, som väger upp delmängder i flera celler och kombinerar dem till en målvikt med små avvikelser. För flytande eller pumpbara produkter används volymetrisk eller vägande fyllning.
En konkret drivkraft bakom noggrann dosering är så kallat giveaway, alltså den mängd produkt som ges bort gratis när förpackningen fylls över målvikten för att garantera att den inte underskrider deklarerad vikt. Ju jämnare doseringen är, desto närmare målvikten kan man lägga sig utan att riskera underviktiga förpackningar. På produkter med högt kilopris blir överfyllnaden en mätbar kostnad över tid, och det är där en jämnare dosering ger störst utslag på materialåtgången.
Formning och förslutning
Det här är steget där förpackningen blir till. Tekniken väljs efter produktens form och efter hur den ska säljas.
Vid termoformning, på svenska ofta kallad djupdragning, värms en undre plastfilm och formas till fack. Produkten läggs i, en övre film läggs på och försluts, och förpackningarna skärs isär. Tekniken används för skivade charkprodukter, ost och färdigrätter, och kan kombineras med vakuum eller skyddande atmosfär. Maskiner för detta levereras både som standardmodeller och som helautomatiska förpackningslösningar anpassade efter en specifik produkt och linje.
Traytätning innebär att ett förformat tråg fylls och förses med ett toppfilmslock. Det skiljer sig från termoformning genom att tråget köps färdigt i stället för att formas i maskinen.
Påsmaskiner delas in i vertikala och horisontella. Vertikala påsmaskiner, förkortade VFFS, formar en påse av en filmrulle och fyller den uppifrån. De används för rinnande och styckade produkter som snacks och frysta varor. Horisontella påsmaskiner, förkortade HFFS eller flowpack, sluter film runt en enskild produkt som rör sig liggande genom maskinen, och används för fasta produkter som bakverk och barer.
Skyddande atmosfär, förkortat MAP, innebär att luften i förpackningen byts mot en gasblandning som bromsar tillväxt av mikroorganismer och förlänger hållbarheten. Vakuum tar i stället bort luften helt. Vilket som väljs beror på produkten.
Kontroll, märkning och spårbarhet
Efter förslutning kontrolleras förpackningen. En kontrollvåg väger varje förpackning och sorterar bort dem som ligger utanför tillåtet intervall. Metalldetektor och röntgen söker efter främmande föremål, där röntgen även hittar glas, sten och vissa plaster som en metalldetektor missar. Tätningskontroll med kamera eller tryckprov fångar förpackningar med otät försegling, som annars förkortar hållbarheten.
Märkning omfattar datum, batchnummer och ofta vikt och pris. För spårbarhet kopplas dessa uppgifter till tillverkningstillfället, så att en enskild förpackning kan knytas till råvara och produktionsparti vid en reklamation eller återkallelse. Kraven på spårbarhet följer av livsmedelslagstiftningen och styr hur märkning och datalagring måste fungera.
Hygienisk konstruktion och materialval
Maskiner som kommer i kontakt med oförpackad mat måste gå att rengöra utan att smuts samlas i skarvar och hörn. Riktlinjer för detta tas fram av EHEDG, en branschorganisation för hygienisk konstruktion. I praktiken innebär det rundade hörn, lutande ytor som vatten rinner av, och så få springor som möjligt där produktrester kan fastna.
Material som möter livsmedel regleras inom EU av förordning 1935/2004 och, för plaster, av 10/2011. Maskindelar tillverkas oftast i rostfritt stål. Sorten 316 innehåller molybden och tål rengöringsmedel och saltrika miljöer bättre än den vanligare 304, och väljs där rengöringen är hård. Maskiner som spolas av med vatten behöver en kapsling som tål det, angiven som IP-klass, där IP69K avser tålighet mot högtryckstvätt med varmt vatten.
Styrning och hur stationer arbetar ihop
Varje maskin styrs normalt av en PLC, en industridator som sköter rörelser och förlopp, med en pekskärm som operatörsgränssnitt. När flera maskiner ska arbeta som en linje behöver de utbyta information om hastighet, status och stopp, så att de inte kör över eller svälter varandra.
Ett återkommande hjälpmedel här är PackML, en standard som beskriver maskinens tillstånd, till exempel körning, stopp och omställning, på ett enhetligt sätt. När maskiner från olika tillverkare följer samma tillståndsmodell blir de enklare att koppla ihop och att övervaka från ett gemensamt system. Kommunikationen sker ofta över OPC UA, ett protokoll för dataöverföring mellan industriutrustning. Den som planerar att bygga ut en linje stegvis bestämmer ofta sådana gränssnitt tidigt, så att stationer som köps senare går att ansluta utan ombyggnad.
Recepthantering hör också hit. Med lagrade inställningar per artikel kan en omställning mellan produkter göras genom att välja recept i stället för att ställa in maskinen manuellt, och det kortar tiden då linjen står still vid byte.
Hur arbetet brukar läggas upp
Automation införs sällan i ett enda steg. Ett vanligt upplägg är att börja med den station som mätningarna pekar ut, köra den i drift, bekräfta att den fungerar mot resten av linjen och därefter gå vidare till nästa. Mellan stationer med olika hastighet placeras buffertar, alltså korta lager där produkten kan vänta, så att ett kort stopp i en station inte genast stoppar hela linjen.
En avvägning som återkommer gäller hög volym mot hög variation. En linje som kör få artiklar i stora serier kan automatiseras hårt, eftersom omställningar är sällsynta. En linje med många artiklar och täta byten ställer i stället krav på snabb omställning och flexibel utrustning, och en alltför specialiserad maskin kan då sänka den totala kapaciteten genom långa byten. Service och reservdelar påverkar också utfallet, eftersom en automatiserad linje står stilla helt om en kritisk station inte kan lagas, medan en manuell station kan bemannas tillfälligt.
Strömförsörjning och reservkraft
En automatiserad linje står och faller med att den har ström. Vid ett strömavbrott stannar alla stationer samtidigt, och ju tätare linjen är kopplad, desto mer produkt påverkas på en gång. Inom livsmedelsproduktion tillkommer två saker utöver själva stilleståndet. Dels kan produkt som är mitt i förloppet gå förlorad, till exempel film som ligger vid förseglingstemperatur eller förpackningar som inte hunnit få sin skyddande atmosfär. Dels stiger temperaturen i kyl- och fryslager och i kylda buffertar, och en temperaturavvikelse kan tvinga fram kassation av hänsyn till livsmedelssäkerheten. Att starta om tar också tid, eftersom maskiner behöver nå arbetstemperatur igen, recept laddas och halvfärdig produkt rensas ur linjen.
Mot detta används två slags reservkraft som löser olika delar av problemet. En UPS, avbrottsfri kraftförsörjning, är batteridriven och överbryggar korta avbrott. Den håller styrsystem och datorer igång så att en kontrollerad nedstängning hinner ske utan att inställningar och produktionsdata går förlorade, men den räcker bara en kort stund. Ett reservkraftverk, oftast dieseldrivet, startar automatiskt när nätet faller bort och tar över lasten inom sekunder till någon minut. Det kan driva linjen eller utvalda delar av anläggningen så länge det finns bränsle. För förlopp som inte tål ens ett kort glapp kombineras de två, så att en UPS täcker tiden tills verket har startat och stabiliserat sig.
Hur stor reservkraft som behövs avgörs av vilka laster som ska hållas igång. Alla delar väger inte lika tungt, och kyl- och fryslager, styrsystem och den löpande linjen prioriteras olika beroende på vad som händer om de stannar. Vid dimensioneringen räknar man med både den kontinuerliga effekten och de högre startströmmar som motorer drar i det ögonblick de startar. Beslutet följer samma logik som resten av automationsarbetet. Ju mer som hänger på en sammanhängande linje, desto större blir konsekvensen av ett avbrott, och desto mer talar för att säkra strömförsörjningen i samma takt som linjen byggs ut.
Frågan om var man börjar…
Ja, det är inget enskilt svar som gäller alla, men ett genomgående mönster är. Arbetet utgår från mätning av den befintliga linjen, identifiering av den station som begränsar kapaciteten och en bedömning av hur många artiklar som körs och hur ofta de byts. Därefter automatiseras steg för steg, med gränssnitt och buffertar som gör att stationerna fungerar ihop. Teknikvalet i varje steg, dosering, formning, förslutning, kontroll och märkning, styrs av produktens egenskaper och av kraven på hygien och spårbarhet. En förpackningslinje är summan av dessa beslut, och automationsgraden blir resultatet av avvägningar mellan volym, variation, hygien och driftsäkerhet snarare än av en enskild teknik.
