减轻重量,提高价值--PET瓶轻量化可实现可持续发展

作者:本网编辑 发布时间:2014-06-09

PET瓶的轻量化能够提供能源和原材料的节省,从而有利于企业降低碳足迹,实现可持续发展。鉴于此,日本三得利公司决定试用AGR公司提供的过程引导(Process Pilot)自动吹塑机管理系统,以进一步减轻其所用PET瓶的重量,同时不降低瓶子的性能。试验结果证明了该系统的确可以帮助三得利公司实现瓶子减重的目标。

三得利(Suntory)股份有限公司(以下简称“三得利公司”)建于一个世纪以前,现占据了日本20%以上的饮料市场。除了高度酒和烈性酒业务之外,该公司还生产或销售各种软饮料、茶、果汁和瓶装水。最近,三得利公司在全企业内广泛开展了旨在“降低碳足迹,推进可持续发展”的活动。其针对产品包装的可持续策略是瞄准轻量化PET瓶。它的好处包括减少工厂能源和原材料上的消耗,降低碳排放和运输成本。

重量和性能的目标

在过去10年内,PET瓶已经得到了“瘦身”。虽然三得利公司已成功地将其2l茶瓶削减了11g质量——从55g减到44g,但该公司还想进一步减重,同时不牺牲日本市场要求的瓶子性能标准,或者说满足极其严格的质量标准。为实现更积极的轻量化目标,除需要三得利公司付出相当大的努力外,还需要采用高水平的专业技术。为此,三得利公司经过对现有轻量化工具的全面研究后,决定采用由AGR国际公司(以下简称“AGR公司”)提供的过程引导(Process Pilot)自动吹塑机管理系统。


图1 三得利公司的积极减重举措令其21茶瓶的重量显著减轻。

过程引导系统与AGR公司的PETWall Profiler物料分布测量系统协同工作,可使吹塑生产的管理自动化。通过分析容器中物料分布和吹塑机之间的关系,过程引导系统的软件算法和厚度测量能力与吹塑机控制器相互关联。过程引导系统同时管理吹塑机运行的所有方面,以保持瓶子在生产过程中有合适的厚度分布。当检测到工艺条件变化时,如比正常的型胚更冷或者有一股热空气,过程引导软件就会自动响应以保持吹塑机正常运行,并使所需的调整比操作人员更快、更可靠。

试验的3个阶段

根据日本的行业规程,新的测量设备在试运行和采用之前必须经过一个全面的评估过程。三得利公司的Haruna工厂生产茶和果汁,并装在现场制造的PET瓶中,它被公司指定作为AGR技术的试验平台。带有过程引导控制器的PETWall Profiler系统被安装在一台KHS Blowmax 18系列III吹塑机上。该生产线以18000bph的速度运行,专门生产新设计的轻量化21瓶。三得利公司和AGR公司一起制定了一个严格的3阶段方案来验证新设备。三得利公司工程部副总经理Toshiya Kobayashi先生称该试验方法具有“大范围”。第一阶段试验是验证系统测量的准确性;第二阶段试验是确认过程引导的最佳设置;第三阶段试验是在一个更长的时间内,将过程引导系统打开和关闭的情况下KHS Blowmax生产的瓶子进行对比,以量化从过程引导系统使用中所带来的好处。


图2 三得利公司为其可持续性策略选择AGR公司作为合作伙伴。

准确性验证

因为过程引导控制软件依赖于准确的厚度数据来成功操作,所以评价方案中的第一步是验证PETWall Profiler的测量能力。三得利公司进行了多次试验,并将线上测量系统和传统的离线测量系统进行对比,后者通常被认为具有更高的准确度。首先,在生产运行过程中取几组瓶子试样,记录下对每组中单个瓶子的在线测量情况。然后,相同的瓶子用更高精确度的实验室装置进行测量。全面分析两组数据后,三得利公司得出结论:PETWall Profiler拥有瓶子轻量化所必需的更高精度的测量功能。


图3 为了量化AGR过程引导系统的好处,三得利公司在使用和不使用过程控制系统的两个10h生产期内收集数据。试验结果显示了,采用过程引导系统时,瓶子充满体积的变化大幅降低,总体平均标准偏差也更一致。

吹塑机控制

第二阶段试验评估了过程引导系统实际控制吹塑机在一段时间内保持瓶子厚度分布一致性的能力。一系列的试验包括改变烘箱设定值、预吹压力和时间、型胚温度和烘箱通风,它们证明了不管环境条件如何变化,通过过程引导系统控制,都能使生产过程稳定——过程引导系统很快地响应了各种控制输入的变化并使过程几乎保持不变。接着,三得利公司转向了更大范围的生产试验。多个生产运行受到过程引导系统的控制,其中针对每个生产都使用了不同的系统配置参数,以收紧产品公差。通过这些试验,确定了理想的配置,使生产过程极为稳定,几乎没有变化。

确定过程引导值

第三阶段试验是利用较早试验开发的吹塑机配置,对采用和不采用过程引导系统控制生产的瓶子进行分析来评估该系统对瓶子质量和性能的影响。在几个星期中,将这两种生产模式的瓶子的物理参数,包括关键位置的厚度分布、最大负荷和体积记录归档。对比结果显示:采用该系统生产的瓶子在减少侧壁厚度的标准偏差、提高最大负荷强度和充满体积的更大一致性上有明显的进步(如图3和图4所示)。狭窄的过程变化窗口和更低的标准偏差,确保了三得利公司可以进一步减轻瓶子的重量,同时不牺牲瓶子的包装性能。


图4 当重复相同的试验方案测试最高负荷时,获得了相似的结果。即使用过程引导系统,三得利公司发现了更一致的抗最高负荷和更低的总体标准偏差。

推广使用

在过程引导系统部署后的几个月里,三得利公司副总经理Kobayashi对该系统的主要好处印象深刻,包括:启动时缩短过程的优化时间、提高瓶子的性能、减少操作人员对吹塑机设定值的影响以及废品包装的下降。采用该系统之前,瓶子和型胚的年平均废品率约为1%。而采用之后,废品量总体下降了80%。

同时,三得利公司还成功减轻了2l茶瓶的质量:由44g减至37g(轻了7g),下降了16%。假定瓶级PET树脂的价格为1美元/lb(1lb=0.4536kg),则每个瓶子能节省0.015美元。三得利公司Haruna工厂每个月的产量要达到数百万个瓶子,因此可节省的费用是很可观的。同样重要的是,该公司已经开始减轻型胚的重量,同时不损失瓶子的性能。基于首个过程引导系统已被完全验证,三得利公司打算在其他吹塑生产线上也部署该系统,以逐渐接近于其制定的可持续性轻量化目标。进一步的轻量化也将使该公司在原材料成本上获得大量的节省,随着PET价格的上涨,这种材料的节省会更加显著。

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