Разработка конструкции и технологии производства упаковки из картона для пельменей

3 Выбор материала для упаковки

3.1 Выбор картона для упаковки пельменей

Подход к каждой из систем «пищевой продукт-упаковка» индивидуален. Выбор материала упаковки определяется составом упаковываемого продукта, условиями и сроком хранения. Зная биохимический состав продуктов можно сформулировать основные требования к упаковочным материалам и выбрать метод упаковывания. Необходимо учитывать тот факт, что в процессе хранения происходят сложные биохимические процессы в продукте, а также взаимодействие между продуктом и упаковкой с одной стороны, упаковкой и окружающей средой с другой. Поэтому при выборе упаковки для того или иного продукта важно учитывать барьерные свойства упаковочного материала, которые зависят от его проницаемости по отношению к различным средам (влага, пары, газы, жиры), свету, запахам.

Характеристики проницаемости упаковочного материала в сочетании с чувствительностью пищевых продуктов к комплексу факторов внешней среды позволяют установить расчетным путем срок хранения продукта в упаковке. При этом взаимодействие внешней среды с пищевым продуктом можно рассматривать как состоящую из компонентов: внешняя среда-внутренняя среда-пищевой продукт.

Пищевой продукт постоянно находится в непосредственном контакте со средой внутри упаковки, состав которой зависит от условий хранения и внешней средой, взаимодействие с которой определяется барьерными свойствами упаковочных материалов.

Выбор упаковки определяется несколькими критериями:

· биохимическим составом упаковываемого продукта;

· условиями хранения;

· свойствами упаковочного материала (барьерные, санитарно-гигиенические, физико-механические, технологические, устойчивость к старению и ряд др.);

· кинетикой изменения качества продукта и упаковки.

Физиолигическая безвредность - одно из важнейших требований к упаковочным материалам, находящимся в непосредственном контакте с пищевыми продуктами. Под физиологической безвредностью понимается невозможность перехода в пищевой продукт из материала упаковки посторонних (особенно низкомолекулярных веществ), изменяющих вкус и запах продукта и оказывающих вредное влияние на организм человека. В полимерном материале такими веществами могут быть низкомолекулярные продукты его синтеза (мономеры), а также применяемые при синтезе и недостаточно отмытые катализаторы, инициаторы, эмульгаторы, красители и другие вспомогательные компоненты.

В каждом конкретном случае применения полимерного материала для упаковки пищевого продукта должно быть получено разрешение специального органа здравоохранения в соответствии с утвержденным в каждой стране санитарно-гигиеническим законодательством. В Российской Федерации процесс санитарно-гигиенических исследований упаковочных материалов, поступающих на потребительский рынок, многоступенчатый и осуществляется в соответствии с ГОСТ 22648--92 «Пластмассы. Методы определений гигиенических показателей». Санитарно-гигиенические исследования составляют единый комплекс и включают три этапа: органолептическую оценку; санитарно-химические исследования; токсикологическую проверку на животных. Получение на любом из этих этапов отрицательных результатов является основанием для отклонения материала для контакта с пищевыми продуктами и запрета на использование его в качестве упаковочного.

Органолептические исследования основываются на высокой чувствительности вкусового и обонятельного аппарата человека и позволяют в ряде случаев не только определять посторонние привкус и запах, но даже идентифицировать их. Органолептическая оценка всегда предшествует санитарно-химической. Объектом ее может являться как полимерный материал, так и упаковываемый в него продукт. Органолептическая оценка позволяет по привкусу, запаху, внешнему виду выявить недопустимое воздействие исследуемого материала на пищевой продукт (или наоборот).

Санитарно-химические исследования осуществляют, как правило, аналитическими методами и сводят к количественной интегральной или специфической оценке миграции посторонних веществ из упаковки в пищевой продукт. Этими методами могут быть идентифицированы мономеры и вспомогательные вещества, используемые в процессе синтеза полимера. В отечественной практике используется метод санитарно-химических исследований, предусматривающий комплексное определение по определенной схеме посторонних веществ в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной.

Токсикологические исследования проводятся с целью установления критерия токсичности.

Перечисленные выше требования, предъявляемые к контактирующим с продуктами питания полимерным материалам, в значительной степени ограничивают их число.8

Упаковочные картоны имеют многослойную структуру - она увеличивает толщину и жесткость материала. Основным сырьем для их изготовления служат беленая и небеленая целлюлоза, древесная масса, макулатура. В дальнейшем речь будет идти о мелованных упаковочных картонах.

Картоны, содержащие макулатуру, несколько дешевле, однако они, как правило, обладают меньшей жесткостью. Для увеличения жесткости, прочности и влагостойкости используется целлюлоза повышенной прочности (крафт). Качество того или иного сорта картона характеризует совокупность его потребительских свойств: печатных, жесткостных, барьерных. Важно выбрать марку картона с оптимальным сочетанием цены и перечисленных свойств. Рассмотрим группы картонов и попытаемся разобраться, чем они отличаются друг от друга.

Несмотря на то, что картоны из первичных волокон имеют существенные преимущества по жесткости и гладкости (даже без дополнительной обработки), у них есть один существенный недостаток - высокая цена. Поэтому, если к дизайну и прочностным характеристикам не предъявляется особых требований, использование материалов этой группы вряд ли оправдано. Скорее, они могут использоваться для упаковки товаров, которые позиционируются как дорогие и эксклюзивные, хотя, из любого правила существуют исключения.

К материалам из первичных волокон относятся и более дешевые картоны из крафт-целлюлозы. Они отличаются характерным коричневатым (кофе с молоком) цветом оборотной стороны и повышенными жесткостными и барьерными свойствами.

Учитывая, что крафт-картоны более жесткие и устойчивые к влаге, чем макулатурные, можно значительно расширить сферу их использования при изменении отношения к эстетическим свойствам «кофейного» оборота. Картоны из крафт-целлюлозы обходятся производителю упаковки дешевле, а значит, появляется возможность снизить цену конечного продукта.

При производстве материалов этой группы наряду с целлюлозой и древесной массой значительную весовую долю составляет макулатура. Это снижает стоимость картона, но приводит к уменьшению жесткости материала. При одинаковой плотности, макулатурные картоны на 20-30% менее жесткие, чем картоны из первичных волокон. Следовательно, если из-за экономических или каких-либо других соображений производителю приходится переходить на макулатурный картон, то для сохранения прочностных свойств упаковки нужно будет выбирать более плотный по сравнению с чистоцеллюлозным материал.

Как правило, макулатурные картоны используются для массового производства, где требования к снижению стоимости упаковки особенно жесткие: продукты питания (чай, кофе, пельмени), пачки для недорогих табачных изделий, коробки для стиральных порошков, лекарственных препаратов, детских игр. Следует, правда, иметь в виду, что макулатурные слои упаковочных картонов не допускаются к прямому контакту с пищевыми продуктами. Решением проблемы может служить использование дополнительной упаковки (так называемого «пакета в коробке»). При этом сохраняется требуемая жесткость конструкции, а контакт картона с продуктом исключается.

Для изготовления красочной упаковки, как правило, используют мелованные (покрытые) картоны. Качество покрытия лицевой стороны играет важнейшую роль для полноцветной печати, в особенности, если предполагается лакирование или тиснение. В качестве показателей качества покрытия приводятся только белизна, глянец и гладкость поверхности.

Помимо качества мелованного покрытия, при производстве коробок существенны высечные свойства картонов. Стандартных измеряемых показателей этих свойств нет, поэтому приходится проверять их опытным путем.

· лучше ведут себя при высечке и биговке картоны из первичных волокон;

· чем выше пухлость картона, тем лучше он высекается и бигуется.

Жесткость картона является одной из его главных характеристик, так как упаковка должна, в первую очередь, выполнять функцию защиты содержимого. При одной и той же плотности картоны разных марок могут обладать различными жесткостными характеристиками.

Жесткость картона определяется его толщиной и упругими свойствами сырья, причем толщина влияет на жесткость нелинейно. Под жесткостью материалов обычно понимается их сопротивляемость деформациям, возникающим под воздействием внешних сил и нагрузок. Это определение, принятое в курсе сопротивления материалов, полностью применимо к листу бумаги или картона, а также изделиям из них.

Факторы, повышающие жесткость:

· увеличение веса, а следовательно, толщины;

· увеличение объемного веса картона, не содержащего в композиции минеральных наполнителей (без снижения толщины);

· проклейка связующими веществами;

· преобладание в бумажной композиции длинноволокнистой целлюлозы;

· высокая степень помола бумажной массы.

Факторы, понижающие жесткость:

· противоположные перечисленным;

· каландрирование.

Пухлость зависит от композиции бумажной массы, используемой для изготовления бумаги или картона. Значительное количество волокон предварительно высушенной или замороженной целлюлозы способствует получению пухлой бумаги. Коротковолокнистые материалы (например, целлюлоза из лиственных пород древесины) или материалы, склонные к укорочению в процессе размола волокон сульфитной целлюлозы, отбраковка от вискозной целлюлозы, большое количество макулатуры и сухого оборотного брака также увеличивают пухлость бумаги.

Связь между пухлостью материала и его жесткостью при этом выражена значительно слабее, чем для макулатурных картонов. Характерной чертой картонов с крафт-целлюлозой является меньшее значение толщины (и, следовательно, пухлости) при тех же значениях жесткости.

Ценовым ориентиром при выборе картона (без учета его остальных свойств) должна являться не стоимость тонны, а стоимость 1 м2 при фиксированной (необходимой для данного вида упаковки) жесткости. Зная жесткостные характеристики картонов, можно сравнить ценовую привлекательность той или иной марки.

Барьерные свойства.

От правильного выбора барьерных свойств материала зависит не только внешний вид упаковки, но и срок хранения продукта и величина потерь на этапе его транспортирования.

Для упаковки замороженных продуктов должны использоваться картоны с низкой восприимчивостью к влаге. Этого требует цикл транспортировки и хранения продуктов глубокой заморозки. Если в таких случаях используются неспециальные картоны, то при неизбежных перепадах температуры влага как правило приводит к короблению и даже нарушению упаковки, что ухудшает внешний «товарный» вид и сохранность содержимого упаковки.

Важным показателем в данном случае является показатель стойкости к влаге. Устойчивость картона к влаге измеряется количеством воды, которое впитывается 1 м2 какой-либо стороной картона в течении определенного времени. Для картонов без специального покрытия типичное значение составляет от 30 до 60 г/м2. Измерения проводятся по методу Кобба. Время измерения - 60 сек. Для упаковки замороженных продуктов должны использоваться картоны с показателем впитываемости влаги оборотной стороны меньше 45 г/м2 . Такой показатель может достигаться, к примеру, специальной пропиткой бумажной массы при изготовлении картона.

Требования европейских потребителей, предъявляемые к картону для упаковки различных продуктов питания указаны в таблице:

Таблица 7. Требования, предъявляемые к картону для упаковки различных продуктов питания

Выбранная марка картона:

TECTABase

Картон с дисперсионным покрытием для производства упаковки, требующей водо-, паро- и термопрочных свойств. Дисперсионное покрытие на водной основе не содержит соединений хлора, фтора и тяжелых металлов, а также смол. Изделия из картона TECTA могут скрепляться клеем, термоклеем или механически. Обладает избирательной способностью удерживать или высвобождать влагу и тепло.

Плотность 305 г/м2

Поставляется в листах формата: 62х94, 70х100 10

3.2 Выбор полимерной пленки для вклеенных окошек

Так как упаковываемый продукт подвергается заморозке, то помимо санитарно-гигиенических требований к полимерному материалу, предъявляется и требование к возможности эксплуатации его при низких температурах. При этом пленка должна обладать хорошей прозрачностью.

Полипропилен широко используемый для упаковки продуктов не удовлетворяет условиям эксплуатации при низких температурах.

Поливинилхлорид не удовлетворяет требованиям санитарно-гигиенических норм, т. к. последнее время экологии обнаруживают миграцию мономеров в продукт.

Полистирол наиболее подходящий полимер для применения его в условиях заморозки, а также обладает хорошей прозрачностью и удовлетворяет экологическим нормам.

4 Обзор программных продуктов САПР

Примерами специализированных CAD/CAM систем, которые включают в свой состав модули разработки чертежа развертки упаковки, являются MarbaCAD и Impact фирмы Arden Software, Artios фирмы Barco Graphics, Elcede DieCAD фирмы Elcede и т. д. Среди универсальных САПР наибольшее распространение получила система AutoCAD фирмы AutoDesk. Необходимо отметить, что применение других программных средств (например, программ обработки векторной графики) является непрофессиональным и лишенным системности подходом. Файл, полученный на этапе разработки чертежа развертки упаковки, в дальнейшем станет основой файлов, управляющих работой автоматизированного оборудования, поэтому качество выполнения чертежа (отсутствие разрывов, смещения узловых точек, дублирования элементов чертежа и др.) является критичным фактором. Специализированные САПР содержат соответствующие функции, завершающие разработку чертежа (например, функцию удаления «двойных» линий), поэтому даже в случае использования универсальных САПР для разработки новой конструкции предпочтительным является последующий «прогон» файла сквозь «сито» специальных функций модуля разработки чертежа развертки упаковки в составе специализированной CAD/CAM системы. Это предъявляет к специализированным программным средствам требование возможности импорта данных в формате универсальных САПР (в случае AutoCAD - файлы формата DXF). Также желательной является возможность импорта данных в формате других специализированных САПР.

В качестве средств разработки графического дизайна упаковки из картона используются те же программные пакеты, что и в традиционной полиграфии: Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand, CorelDraw, Adobe PhotoShop. Также можно отметить программное решение ArtPro фирмы Artwork Systems, полностью ориентированное на дизайн этикетки и упаковки.

Под версткой графического дизайна упаковки из картона понимается совмещение графического дизайна и чертежа развертки упаковки и внесение необходимых изменений в дизайн. Оптимальным решением для выполнения верстки является работа со специализированными CAD/CAM системами. Точно так же, как в случае с инструментами разработки чертежа по отношению к универсальным САПР, в случае с инструментами обработки графики специализированные САПР содержат «облегченную» версию универсальных графических пакетов. Заметим, что в общем случае имеющихся в специализированных САПР инструментов вполне достаточно, так как на этапе верстки графический дизайн уже не претерпевает значительных изменений. Таким образом, к специализированным САПР предъявляется требование обеспечить возможность импортирования графических данных наиболее распространенных форматов.

Опытные образцы упаковки обычно изготавливают на плоттере, оснащенном инструментальными головками для резки и биговки. При этом для управления современными плоттерами (плоттеры, специализированные для индустрии упаковки, фирм Zьnd, Lasercomb) используется набор команд языка HPGL (сокращение от Hewlett-Packard Graphics Language). Таким образом становится актуальной задача конвертации данных из формата САПР в формат HPGL. Некоторые модели плоттеров, не просто специализирующиеся для применения в индустрии упаковки из картона, а именно предназначенные для изготовления опытного образца (макета) упаковки (например, модель Lasercomb HSP), поддерживают возможность непосредственного управления из САПР, а также возможность работы в сети. В данном случае плоттер можно рассматривать как обычное сетевое устройство, и работа с ним аналогична работе с сетевым принтером. Среди последних тенденций в изготовлении опытного образца упаковки из картона можно отметить применение лазерных технологий и технологий фрезерования, причем возможно использование как отдельных лазерной или фрезерной установок, так и модулей лазерной или фрезерной резки в составе плоттерной системы.

Для печати опытного образца упаковки широко применяются струйные печатающие модули в составе плоттерных систем. В настоящее время прослеживается тенденция к переходу на использование цифровых печатных машин класса Computer-to-Print. В зарубежной литературе существует специальный термин “Sampleprinter”, который определяет подмножество цифровых печатных машин, нашедших наибольшее применение в макетировании упаковки из картона.

4.1 Impact

Сейчас на рынке есть несколько программных продуктов CAD/CAM, являющихся основой описанных автоматизированных программно-техничеких комплексов. Одна из них -- программа Impact английской компании Arden Software.

Это программный продукт, обеспечивающий выполнение полной технологической цепочки от разработки кроя до изготовления штампов (плоских или ротационных). Он включает в себя процедуры работы с кроем, раскладкой, доской штампа, контрматрицей, штампами для удаления отходов, резиной, выводом на различные исполнительные устройства (плоттеры, лазерные резаки, фрезерные станки, водорезки), а также имеет набор фильтров импорта-экспорта.

Многие базовые концепции, заложенные еще в DOS-версии, оказались настолько удачными, что их следы можно встретить и самой последней версии программы Impact 2.1. К таковым можно отнести:

· вся работа ведется в единой пользовательской среде, базой которой является очень хороший графический редактор;

· программа «разделена» на ядро и функциональные блоки;

· используется «простая», но технологически ориентированная база данных;

· организация вывода на исполнительные устройства позволяет настроить процесс требуемым для пользователя образом;

· все функционирование программы «определяется» множеством настроек.

В графическом редакторе используются примитивы следующих типов: точка, прямая линия и отрезок, дуга, окружность и кривые Безье. Каждому примитиву назначается технологический признак -- палитра, чтобы определить, что эта, например, линия высечки, а та -- биговки. Таким образом, выполняя в программе различные процедуры, при условии правильного выбора типов палитр, пользователь всегда имеет «поддержку» от самой программы в виде подсказок или автоматизации определенных этапов обработки чертежа.

Блок раскладки кроя на листе картона

Графический редактор позволяет легко построить любой крой новой конструкции коробки. В принципе, этот способ разработчики Impact считают основным. Хотя ими же поддерживается обширная библиотека стандартных коробок, пользоваться которой достаточно просто -- следует выбрать требуемый крой и задать несколько размеров. Далее крой автоматически рассчитается для заданных параметров с учетом типа выбранного материала. Но следует сказать, что для обеспечения этой «легкости», предварительно должна быть сделана настройка по типам картона, которые предполагается использовать на предприятии.

Рис.10.

Мастер создания раскладки коробки

Для создания кроя можно использовать отсканированный эскиз и функцию преобразования растрового изображения в векторное. И самое главное, каким бы способом ни была построена коробка, ее всегда можно редактировать, сохраняя при этом предшествующий вариант.

Положительной особенностью Impact является возможность сделать любой чертеж параметрическим, то есть проставив определенным образом размеры и заменив часть из них на параметры, пользователь превращает чертеж кроя в подобие стандарта из библиотеки: изменяются значения параметров, и коробка после пересчета перестраивается автоматически.

Рис.11.

Расстановка ножей

Блок раскладки кроя на листе картона (или доске штампа) осуществляет свои задачи автоматически. Однако пользователь может значительно влиять на конечный результат, меняя соответственные параметры. На листе можно раскладывать несколько типов кроя с учетом, например, тиражности каждого. Кроме того, имеются настройки, которые определяются типом используемого высечного пресса. Это влияет на размер передней и задней кромок, «запасы» по бокам листа. Если на предприятии используется несколько типов прессов, то следует подготовить настройки для каждого из них, а в процессе раскладки необходимо указать программе, настройки для какого пресса использовать. Естественно, в раскладке крой может укладываться «нож в нож» или с заданным зазором.

Вышеперечисленные функциональные возможности входят в пакет Impact Designer, который предназначен для пользователей, занимающихся только разработкой коробок и заказывающих штампы «на стороне».

Для тех компаний, которые вовлечены в процесс изготовления различной оснастки для высечки, предлагается пакет Impact Diemaker, который в дополнение к функции конструктора включает в себя блоки создания доски штампа, штампов для удаления отходов, разработки контрматрицы, размещение резины. Все эти процедуры автоматизированы, «поведение» их при работе определяется многочисленными настройками, которые при необходимости можно (или следует) менять. Коротко перечислим, что можно делать с помощью этих процедур: удалять «общие ножи», размещать ножи для разделения на части краевых и внутренних отходов, формирования форм самих досок (верхней и нижней) для удаления отходов, размещение служебных символов, создавать все элементы контрматрицы (каналы на основе бигов, внешние «отрезные» контуры с учетом использования двух типов фрез, с углами 160 и 120° при вершине), размещение различных типов резины на штампе и редактирование профилей резины, раскладка резины одного типа на листе для кроя.

Программа также позволяет подготовить файлы для автоматизированного оборудования изготовления ножей штампа.

Блок вывода Impact позволяет управлять плоттером, чтобы либо просто вывести чертеж, либо изготовить образец коробки из обычного или гофрированного картона. Соответствующие настройки вывода также обеспечат правильную процедуру фрезерования контрматрицы на соответствующем оборудовании или же «раскрой» доски (роторной заготовки) на лобзике или лазерном резаке.

Рис. 12.

Предварительный просмотр готовой коробки

В конструкторский пакет входит модуль трехмерной графики, который позволяет экспортировать (отсканировать) изображение и разместить его должным образом на чертеже кроя коробки. Далее эту коробку можно «сложить», при этом вся графика будет видна в соответствии с ракурсом объекта. Сложенную коробку можно подсветить одним или несколькими источниками света, переместить, повернуть в плоскости или в пространстве, «положить» в нее «товар», созданный в соответствующем программном обеспечении и затем импортированный сюда. Удачные сцены пользователь может «сфотографировать», и более того, записать анимацию, например, процесса складывания коробки. Таким образом, можно создавать презентационные сцены или даже ролики.

4.2 ArtiosCAD

ArtiosCAD позволяет конструировать любые виды упаковки из различных материалов, а также изготавливать оснастку для изготовления высекальных форм. ArtiosCAD состоит из нескольких программных модулей, организованных в разветвленную структуру. Созданные в Style Maker раскрои могут быть добавлены в библиотеку стилей.

Рис.13,

Connection является базовым компонентом любой конфигурации ArtiosCAD и позволяет тем дизайнерам упаковки, которые ее не создают и не меняют ее дизайн, подключаться к системе, открывать работы, проверять их и отправлять на вывод. Connections позволяет открывать подготовленные в ArtiosCAD раскрои упаковки, делать электронные монтажи, открывать трехмерные изображения упаковки. Открытый файл может быть распечатан на принтере или отправлен непосредственно на режущий плоттер для изготовления оснастки штампа. При изготовлении образцов упаковки в Connections оператор может выполнять тонкую настройку раскроя с учетом правил изготовления высекальных форм, в частности, высекания в углах во избежание зацепов при сборке упаковки.

Рис.14.

Главная задача модуля Layout -- оптимально разместить раскрои. Builder позволяет в считанные секунды на базе библиотеки упаковочных раскроев и стилей создать новый раскрой для упаковки из картона или гофрокартона. Библиотека может пополняться новыми стилями из StyleMaker. Connection и Builder в большинстве случаев дают все возможности, которые требуются от CAD-систем для разработки упаковки, если, конечно, не создавать какую-то принципиально новую конструкцию. Библиотеки содержат все распространенные в мире типы раскроя. Стандартные стили очень просты в использовании, а: разветвленная справочно-информационная система позволяет задать основные параметры, на основании которых все остальные рассчитываются автоматически.

Designer -- это модуль для создания новых раскроев. В комбинации с Builder он позволяет добавлять новые элементы или изменять геометрию раскроев выбранного стиля. После создания раскроя в Designer можно задать запечатываемые участки и участки выборочной лакировки несколькими щелчками мыши для обработки оформительского дизайна и форм для лакирования с помощью модуля DieMaker.

StyleMaker позволяет создавать настраиваемые раскрои упаковки с использованием любого из инструментов ArtiosCAD. Параметры формы и размеров могут задаваться в виде переменных, количество которых может быть неограниченным. Мощный программный инструмент Rebuild Playback автоматически разбирает порядок и последовательность действий конструктора-дизайнера раскроя, создавшего анализируемую упаковку. Этот инструмент позволяет понять логику создания раскроя и упрощает внесение изменений.

Рис.15

Изготовление высекальных форм можно ускорить с помощью модуля DieMaker

При создании корпоративной библиотеки стилей упаковки каждый стиль должен сопровождаться самодокументированием того, какие параметры могут использоваться и какие нет для конкретного стиля. Такое документирование обеспечивает специальный модуль Advanced StyleMaker. Использование созданного стиля становится доступным множеству других пользователей с разным уровнем профессиональной подготовки. Графический редактор позволяет задавать алгоритмы вычисления параметров по умолчанию. Например, размеры клапана для нанесения клея могут высчитываться автоматически на основании задания длины и ширины стороны коробки в виде рекомендованных минимальных и максимально возможных размеров клапана. Конструктор-дизайнер может принять предлагаемые программой размеры или задать свои.

Information Enhancement оснащает среду ArtiosCAD дополнительными инструментами управления информацией. Для этой цели создаются различные фильтры, позволяющие сортировать информацию о стилях, раскроях, оформлении, заказчиках и другую информацию собранную в банке данных.

Рис.16.

Информация, полученная с помощью Cost/Estimating, выводится в виде отчетов.

ArtMaker -- собственный модуль графического дизайна системы ArtiosCAD, который позволяет изготавливать и совмещать графическое оформление с готовым раскроем упаковки. Раскрой упаковки является отправной точкой для графического дизайна с помощью ArtMaker. Возможна и обратная последовательность действий. Например, первоначально создается графический дизайн, а затем модуль AutoTrace создает соответствующий ему геометрический раскрой. Использование опции трехмерной «сборки» упаковки позволяет проверить соответствие графического дизайна раскрою на каждой стороне поверхности упаковки. Файл с трехмерной «сборкой» можно отправить заказчику по электронной почте, и заказчик может сам сфальцевать, собрать и разобрать проектируемую упаковку. Часто один и тот же раскрой используется с различным дизайном. Например, один раскрой упаковки может использоваться для ванильного, шоколадного или клубничного мороженого.

Каждый заказчик упаковки и каждый пользователь CAD-системы хочет как можно быстрее увидеть трехмерное изображение упаковки вместе с оформительской графикой. Это позволяет очень быстро позволяет сделать модуль Artios3D.

ArtiosCAD Layout предназначен для клонирования готового раскроя и создания монтажа для изготовления высекального инструмента. С помощью мыши можно на одном печатном формате разместить несколько различных раскроев для максимально полного заполнения листа. В случае необходимости Layout вычисляет координаты позиций единичных раскроев на листе и формат самого листа. Layout автоматически учитывает тип картона или бумаги, сторону, направление бумажных волокон, направление движения. Раскрой автоматически позиционируется на листе с учетом параметров материала.

Рис.17

Так выглядит работа в программе Esko-Graphics Plato

ArtiosCAD Intelligent Layout представляет собой программу оптимизирования раскроя упаковки и размещения на листе с точки зрения снижения производственных расходов. После задания модели печатной и высекальной машины и тиража для каждого варианта графического дизайна программа предлагает несколько оптимизированных вариантов на выбор. Оператор может поставить в соответствие каждому из вариантов перечень правил-ограничений в печати или обработке. Вместе с модулем Cost/Estimating программа Intelligent Layout принимает во внимание все расходные статьи и высчитывает расходы для определения оптимального варианта. Оператор сравнивает калькуляции расходов на печать и высечку каждого варианта и выбирает оптимальный. Выбранное решение готово к производству. В некоторых случаях не существует оптимального решения, позволяющего выполнить заказ, размещая раскрои на одном листе. Тогда программа комбинирует на одном листе два разных заказа.

База данных ArtiosCAD регистрирует все версии графического оформления, использованные для каждого раскроя. Печатался уже в прошлом этот мотив? Какая именно версия графического дизайна использовалась в последний раз для этого заказчика? Ответы на подобные вопросы быстро находятся с помощью базы данных.

DieMaker позволяет быстро изготавливать высекальные формы и формы для выборочной лакировки: определяются края ножей, их балансировка, рассчитываются отверстия под монтаж ножей. Функция Autorepeat следит за тем, чтобы высекальные формы для одного и того же раскроя упаковки были одинаковыми. DieMaker использует набор параметров для запоминания самой подходящей из всех возможных конфигураций высекального инструмента. Rotary DieMaker представляет собой программный инструмент для изготовления форм для ротационных высекальных машин.

Cost/Estimating с помощью интеллектуальных алгоритмов производит подсчеты производственных расходов для различные вариантов размещения раскроев упаковки на листе. Для работы модуля необходимо задать параметры расходных статей. Программа делает калькуляцию расходов на подготовку и выполнение заказа в зависимости от тиража для каждой статьи расходов. В частности, рассчитывает расход каждой краски в зависимости от запечатываемой площади. Редактор интеллектуальных алгоритмов позволяет задать производственные параметры для расчетов путем выбора из таблиц. Например, скорость работы офсетной машины задается в зависимости от красочности заказа и тиража. Или степень сложности высекальной оснастки влияет на скорость высекальной машины. Программа может подсчитать расходы в зависимости от тиража, а это часто требуется для подготовки коммерческого предложения на изготовление упаковки. Окончательная калькуляция расходов позволяет увидеть общую стоимость или с разбивкой по статьям расходов.

ReportMaker подготавливает шаблоны отчетов по заказу. Такой отчет может включать раскрой, любой вид собранной упаковки в трех измерениях, цвет, графику оформления, размеры, все параметры калькуляции, любую специфическую информацию из банка данных о заказчике и заказе, логотипы и т. д.

Esko-Graphics Plato -- мощный программный инструмент для реализации функции step-and-repeat по размещению на печатной форме макетов этикетки или упаковки. Он позволяет импортировать файлы в форматах CFF, DDES, ArtiosCAD, CFF2, PostScript 3, PDF и др. При изготовлении монтажа принимаются во внимание все особенности, включая параметры step-and-repeat, формат печатного листа, особенности изготовления высекального инструмента, инструмента для выламывания облоя. Plato позволяет учесть особенности изготовления упаковки из картона, высечки этикетки на плосковырубных или ротационных машинах, особенности изготовления гибкой упаковки. Монтаж начинается с задания шаблона, затем следует импорт файлов CAD-файлов раскроя, импорт файлов графического дизайна, задание отступов, полей, клапанов, меток, затем -- контроль, пробная печать и экспонирование.

При изготовлении электронного монтажа можно запретить печать на отдельных участках, например, на клапанах для нанесения клея. Plato автоматически создает метки сигнатуры для, например, контроля печати, метки углов, центральные и метки реза, которые автоматически будут изменяться с изменением формата листа бумаги или картона, номера принятой во внимание краски. Esko-Graphics Plato позволяет задать параметры наложений (overlapping) раскроев. После определения правила наложения оно автоматически применяется по всему формату монтажа.

Все чаще в современном упаковочном производстве выполняется печать с оборота. Plato позволяет создать монтаж не только лицевой стороны, но и оборота в полном соответствии друг другу. Esko-Graphics Plato поддерживает любые комбинации красок, позволяет задать линиатуру, угол растра, применить таблицы компенсации растискивания, подсчитать расход краски, задать выборочную лакировку или другой вид отделки.

Возможности компонентов, составляющих ПО Esko-Graphics, в значительной степени перекрываются. Каждый из пакетов вполне может использоваться автономно или в связке с общеизвестными издательскими системами. Такая политика фирмы позволяет разработчику упаковки сконфигурировать систему дизайна, купив только необходимые ему программы. Можно, подобрав, небольшой начальный набор ПО, в дальнейшем добавлять новые дополнительные модули.

4.3 MarbaCAD

MarbaCAD представляет из себя разветвленную систему проектирования как собственно упаковки так и всей сопутствующей оснастки (штанцформ, контрматриц, оснастки для удаления отходов и разделения заготовок (начиная с 3-й версии)). Имеется встроенная настраиваемая база данных по оборудованию, клиентам, пользователям, материалам и т.д. Основное окно программы выглядит традиционно для таких приложений: большое рабочее поле и ряд выпадающих меню и настраиваемых кнопочных панелей (рис.18).

Рис. 18.

Как и любая программа редактирования векторной графики, MarbaCAD предоставляет в распоряжение пользователя широкий набор инструментов для создания и изменения графических примитивов (линия, многоугольник, окружность, дуга, эллипс, гладкая кривая). Широко используется система привязок (как в AutoCAD) для указания отдельных координат (окончание, середина, центр примитива; пересечение объектов, привязка к сетке и начальной точке блока). Если необходимо ввести точные координаты, используется специальный инструмент - «ввод с клавиатуры», а начиная с 3-й версии программы можно просто вводить относительные приращения координат с одновременным использованием полярной привязки, что значительно ускоряет процесс рутинной прорисовки по сравнению, например, с CorelDraw. Опыт непосредственного проектирования показывает, что предлагаемый инструментарий для отрисовки вручную отдельных элементов находится на уровне лучшего представителя из лагеря САПР общего назначения - AutoCAD 2002. При этом имеется ряд проявляющихся при дальнейшей работе преимуществ, о которых мы поговорим далее более подробно. Для дальнейшего наращивания производительности рекомендуется активно пользоваться «быстрыми клавишами» - для каждой часто используемой команды можно назначить свою удобную комбинацию.

Конечно основным преимуществом САПР специального назначения, к каким относится и MarbaCAD, является набор специализированных, особенных для данной конкретной отрасли программ и утилит. Начать описание этих возможностей стоит с упоминания о том, что пользователю предоставляется готовое рабочее пространство со всеми принятыми в проектировании упаковки стандартами. Представлены все технологические типы линий (рез, биговка, перфорация с различным шагом, рицовка, обратные биговка и рицовка, отрывная перфорация) и вспомогательные (размерные линии, текст, штриховка). Преимуществ такого подхода несколько: во первых, вы всегда уверены что все специалисты понимают под определенной линией вполне конкретную технологию обработки материала; во вторых, аналогично поступает и оборудование (например плоттеры). И в третьих, всегда доступна исчерпывающая статистика по использованию в чертеже тех или иных линий. Конечно, любой тип линии можно редактировать, добавлять недостающие типы линий и т.д. Все это будет сохранено в основной базе данных и доступно для использования в дальнейшем. Кроме того, в сам чертеж заложены такие понятия, как лицо печати или лицо штанцформы, направление волокна на листе, направление движения листа в машине. Это позволяет избежать лишней устной информации при использовании чертежа на разных этапах работы.

Чертеж представляет собой иерархическую «слоистую» структуру, где каждый слой соответствует различным процессам производства (чертеж отдельной упаковки, раскладка на листе, штанцформа, 3-х мерный вид и т.д.). Таких слоев может быть сколь угодно много. Одновременно могут быть открыты несколько чертежей.

После выбора необходимых параметров и запуска макроса вычерчивается соответствующая коробка с проставленными размерами и указанными местами склейки. Полученный чертеж - это обычный набор линий, дуг, окружностей, который можно редактировать дальше. Например, при помощи других специализированных макросов. Ведь кроме стандартных конструкций есть еще стандартные элементы, как то: замки, евродырки, распространенные варианты дна коробки и т.д. Для их удобной отрисовки также предусмотрены свои программы.

Рис.21. Добавление замка к коробке.

Наборы встроенных макросов легко настроить под конкретные нужды, например под изменившуюся толщину материала.

Рис.22. Добавление нового материала к каталогу FEFCO.

После добавления нового материала каждому макросу (типу коробки) можно добавить соответствующие допуска и отступы в предназначенных для этого диалогах.

Если же необходимая конструкция не представлена среди стандартных, и часто нужно ее чертить с разными размерами, то есть 2 выхода из ситуации:

3. Писать свой макрос в любом редакторе (практически программировать диалог от и до). Это больше подходит для продвинутых пользователей или больших компаний с выделенными программистами.

4. Воспользоваться функциями параметрического проектирования.

При помощи параметрического дизайна один раз начертив какую-либо конструкцию и расставив соответствующие связи можно легко получать аналогичные конструкции с другими линейными размерами.

Таким образом, MarbaCAD располагает богатым инструментарием для проектирования упаковки. Но не менее важно иметь возможность проверить конструкцию и представить ее перед клиентом в наиболее привлекательном виде. Для этого служит отдельный глубоко разработанный модуль 3-х мерного моделирования. С помощью этого модуля можно без больших трудозатрат проверить складываемость конструкции до вырезания макета на плоттерном оборудовании. На рис. 23а представлен 3-х мерный вид коробки FEFCO 0210 из микрогофрокартона 1.8 мм.

3-D режим предоставляет достаточные возможности для создания качественной 3-х мерной сцены. Можно накладывать на объекты различные текстуры, управлять источниками света, осуществлять обмен моделями с такими пакетами, как 3D Studio, сохранять файлы в VRML формате для дальнейшей публикации в Интернет. Также имеется возможность записывать несложные видеоролики, показывающие конструкцию со всех сторон. Это может служить и для наглядных инструкций по сборке многосоставной сложной упаковке.

Напоследок остановимся на коммуникационных возможностях пакета, что немаловажно для конструктора упаковки - ведь часто приходится иметь дело с электронными исходными данными, а клиенту электронная версия нужна в 100% случаев. Эти возможности достаточно широки: поддерживается импорт всех наиболее распространенных форматов векторных файлов (*.ai, *.eps, *.dxf, *.dwg, *.hpg, *.cf2) и растровых изображений. Для последних предусмотрена возможность получения их напрямую со сканера и дальнейшее переведение в векторный вид. Экспорт поддерживает те же форматы данных. Формат CFF (*.cf2) особенно важен, так как распознается большинством программ верстки. Ну и конечно о чертеже может быть предоставлена самая полная информация - площадь, габаритные размеры, расход линеек, количество отходов и т.д. Также необходимо сказать о возможностях исправления неграмотных исходных чертежей. Это и устранение двойных линий, и улучшение совпадения концов отрезков, и сглаживание ломаных линий.

MarbaCAD - это один из наиболее сбалансированных и универсальных пакетов для проектирования упаковки и сопутствующей оснастки из представленных на рынке. Программа позволяет ощутимо быстрее и надежнее, чем при использовании САПР общего назначения, проектировать сложные конструкции. Достигается это за счет автоматического выполнения рутинных операций и возможностей накопления собственных наработок в удобном виде. Немаловажную роль играет и 3-D проверка чертежа без вырезания макета. Пакет определенно будет полезен крупным разработчикам и производителям упаковки.

5 Взаимосвязь автоматизированного проектирования и производства упаковки из картона

Организационная структура, применяемое технологическое оборудование и уровень автоматизации производств находятся в тесной зависимости от серийности тиражей выполняемых заказов. По организационно - техническим признакам выделяют единичное, мелко-, средне- и крупносерийное, а также массовое производство упаковки из картона. Эти типы производства отличаются по используемым технологиям печати и получения плоской заготовки упаковки, а, следовательно, и средствами автоматизации. Для каждого из этих типов производств характерны специфические особенности завершающего этапа автоматизированного проектирования упаковки - разработки чертежа раскладки заготовок.

Процесс раскладки заготовок состоит в позиционировании разверток коробок на листе картона. В индустрии упаковки из картона раскладка является сложной оптимизационной задачей, причем намного более сложной по сравнению с задачей раскладки в традиционной полиграфии из-за невозможности обеспечить кратность размеров развертки упаковки стандартным форматам листа. Раскладка определяет важнейшие характеристики процесса производства складных коробок. Во-первых, это технико-экономические показатели. От оптимальности позиционирования зависит количество отходов картона, а также производительность процесса производства. Общеизвестен факт, что стоимость материала составляет до 40-60 % стоимости упаковки. Числовым показателем оптимальности позиционирования является коэффициент использования материала (КИМ), определяемый отношением суммарной площади получаемых из него разверток коробок () к площади листа картона ():

(5.1).

Чем больше значение КИМ приближается к единице, тем меньше отходов картона и ниже себестоимость изготавливаемых коробок.

Во-вторых, от правильности позиционирования зависит качество печати, отделки, штанцевания, удаления отходов и разделения заготовок. При позиционировании следует предусматривать возможность равномерного распределения давления в процессе печати, балансировки штанцформ по осям симметрии .

В-третьих, позиционирование определяет механические свойства упаковки. Развертки упаковки необходимо ориентировать относительно машинного направления при изготовлении картона .

Как следует из вышеизложенного, качество раскладки имеет многокритериальную зависимость, поэтому принципиальным является использование формализованного опыта профессионалов упаковочной индустрии, заложенного в функциях специализированных САПР. Для создания раскладки в специализированных САПР применяется так называемый «мастер» раскладки, который поддерживает несколько вариантов алгоритма построения раскладки (среди которых есть и алгоритм оптимизации КИМ). При этом сгенерированная раскладка сохраняется в отдельном слое и меняется автоматически при изменении чертежа развертки упаковки.

5.1 Конструирование упаковки для пельменей

Обечайка.

Если бы мы строили геометрическую развертку параллелепипеда, то высота верхней стороны обечайки должна была бы быть равна нижней стороне обечайки. Но у нас упаковка из материала, имеющего определенную толщину, а следовательно, минимум на эту толщину и надо уменьшить ширину дна обечайки, т. е. панель, к которой присоединяется клеевой клапан, должна быть на 0,5 мм меньше, чем симметричная ей часть. Это особенно важно при использовании автоматических фальцевально-склеивающих линий. Если сделать обе панели одинакового размера, может случиться так, что часть стенки будет торчать. При этом здесь надо учесть один момент. Клеевой клапан должен приклееваться к стороне, противоположной верхней крышке, для придания более эстетического вида упаковке. Само основание клеевого клапана нужно уменьшить на ширину толщины материала, чтобы скомпенсировать возможные неточности при автоматической склейке клапана. Слишком узкий клапан приводит к тому, что соединение получается непрочным. Чересчур широкий клапан приводит к неоправданному расходу материала. Оптимальная ширина клеевого клапана, как правило, колеблется от 10 до 30 мм, в зависимости от общих габаритов упаковки. Назначение скосов по его сторонам -- при такой форме он не будет торчать из-за допустимых погрешностей склейки. Угол скоса делать слишком большим не рекомендуется. Правильная величина угла в 10-15°, вместо 45°. Дело в том, что клеевой слой наносится не вплотную к месту бига, а на определенном расстоянии.

Рис.42. Проектирование клеевого клапана.

При угле в 45° и более по краям остается большая непроклеенная область, что ослабляет соединение.

Коробка.

Здесь также необходимо учесть, что материал имеет определенную толщину. Поэтому при конструировании была учтена невозможность равнозначных размеров бортика коробки и клапанов, фальцуемых внутрь.

Изображенная на чертеже замковая конструкция коробки не самая массовая. Она не имеет клеевого сцепления, а значит, от того, насколько правильно будет построена развертка, зависит прочность дна. Для надежной сборки такой конструкции было предусмотрено зацепление клапанов друг с другом, для чего сделан скос 2-х из них под острым углом.

Особенно хочется заострить внимание на двух деталях. Первая -- это место сочленения клапанов, линий биговки и режущих ножей. Там выполнена технологическая выемка, во избежание разрыва материала. И вторая, не менее важная деталь -- это небольшой скос на загибающемся клапане. Это делается для того, чтобы дно не выпирало наружу из-за неизбежных перекосов при сборке.

Зацепление замка расположенного на обечайке происходит с прорезью под этот замок в соответствующем месте самой коробки. Полуокружность разработана с радиусом необходимым и достаточным для удобного зацепления его двумя пальцами в процессе эксплуатации.

Для предотвращения выпадания продукта из коробки предусмотрена следующая замковая конструкция:

Варианты разверток коробки для пельменей:

Рис. 44.

Рис.45.

Рис.46.

Рис.47.

Рис.48.

Окончательный вариант с отверстиями для специй и язычками для лучшего скрепления с коробкой

Рис.49. Окончательный вариант развертки коробки.

Выбор раскладки на лист обусловлен не только оптимальным КИМ, но и учетом последующих операций как печати, так и лакирования.

Качество упаковки из картона складывается из многих факторов, среди которых оснастка для штанцевания - один из основных. Оснастка для штанцевания в значительной степени определяет поведение упаковки при фальцовке и склеивании, а затем и при упаковывании.

Именно поэтому ведущие зарубежные производители уделяют большое внимание вопросам совершенствования технологий штанцевания, производства штанцформ, а также качеству материалов, используемых в их производстве. Причем, наряду с повышением качества упаковки, не менее актуальной является задача повышения экономической отдачи от эксплуатации штанцформ. Основными направлениями работ в рамках этой задачи являются:

· сокращение времени приправки при запуске тиража,

· увеличение тиражестойкости штанцформ,

· повышение реальной производительности штанцевальных машин.

Как видно из табл. 2, производители упаковки в России пока не используют все многообразие возможных решений для штанцевания, тем самым принципиально ограничивая собственные возможности по повышению качества упаковки и увеличению объемов прибыли от использования штанцевальных машин.

Табл.2. Сравнение ассортимента оснастки для штанцевания в России и Западной Европе.

Основание штанцформы

Рис.24. Виды дефектов фанеры.

Первая проблема - неоднородность фанеры. Наличие полостей, сучков, двойных слоев ведет к дефектам при лазерной резке пазов, что приводит к снижению прочности крепления линеек в основании штампа. Причем это снижение как правило не ощутимо при сборке штанцформы. Подобные недостатки сказываются в процессе эксплуатации штанцформы и могут приводить к необходимости непредвиденного ремонта. Таким образом, из-за экономии 20-30 долларов на качестве фанеры, штанцевальная машина может простаивать от несколько часов до целой смены. Поэтому важно использовать фанеру высшего качества из отборного шпона.

Вторая проблема - низкая влагостойкость фанеры (рис. 24). Под воздействием влаги фанера меняет свои геометрические размеры. Тем самым особые требования предъявляются к условиям хранения и транспортировки фанеры и штампов на фанерном основании. Эти требования сами по себе влекут дополнительные затраты, а их несоблюдение приводит к невозможности выполнения заказа и простою оборудования. Выходом в этом случае является использование фанеры со специальным покрытием, которое обеспечивает повышенную стабильность внешних размеров основания штанцформы.

Но и этим не исчерпываются недостатки фанеры. Физические свойства фанеры и стали, из которой изготавливаются линейки и основание контрштампа, различны, поэтому температурные колебания, возникающие в процессе штанцевания, становятся проблемой для точности совмещения штампа и контрштампа. При возникновении подобной ситуации штанцевальное оборудование опять же вынуждено простаивать. Кроме того, низкая прочность фанеры допускает не более одной замены линеек в основании при условии сохранения качества.

Страницы: 1, 2