Verpackungsmaschinen auf dem Weg zu Industry 4.0

Ein kleines britisches Unternehmen hat ein bahnbrechendes Verpackungssystem entwickelt, das Lebensmittelherstellern Energie- und Materialeinsparungen ermöglicht. Die „Cold Wrapping“-Technologie von TrakRap reduziert in der Verpackungslinie Hitze und Abfall. Das Unternehmen arbeitet gemeinsam mit Siemens zudem daran, alle Vorteile der digitalisierten Fertigung für seine Kunden nutzbar zu machen. 

Einzeln beschriftete Produkte wie Joghurtbecher oder Hähnchen-Trays werden für den Transport zum Supermarkt oder zur Platzierung im Kühlregal in der Regel zu größeren Einheiten zusammengefasst. Bei diesem als sekundäre Verpackung bezeichneten Prozess wird häufig durch Hitzeeinwirkung in einem Schrumpftunnel die klassische Schrumpfverpackung erzeugt. Aufgrund des hohen Energieverbrauchs ist dieses Verfahren jedoch kostspielig und ineffizient.

 

Der Maschinenbauer TrakRap hat eine Alternative entwickelt, die ohne Hitze auskommt und die Abfallmenge reduziert: einen Orbitalwickelprozess, bei dem innovative, materialsparend hergestellte Packmittel mit einer speziellen, hauchdünnen Folie umhüllt werden.

Individuelle Verpackung 

Orbital-Wickelmaschinen werden am Entwicklungsstandort des Unternehmens in Skelmersdale, Lancashire, Großbritannien, konstruiert, getestet und gebaut. TrakRap nutzt die Simatic- und Sinamics-Plattformen, um die Folienspannung und die Bewegung des Packguts durch den Orbitalwickelprozess zu steuern. Die Spannung der Folie sowie die Geschwindigkeit und der Winkel, in dem die Folie an eine Gruppe von Produkten angelegt wird, sind von entscheidender Bedeutung und müssen der Größe, der Form und dem Gewicht der Produkte entsprechen, die die Maschine durchlaufen.

Orbitalwickelprozess

Aufgrund des positiven Kundenfeedbacks ist die Nachfrage nach dem Orbitalwickelprozess gestiegen. TrakRap hat daher die Palette der Produkte erweitert, bei denen dieses Verfahren angewendet werden kann. Eine besondere Herausforderung stellte jedoch die Konstruktion einer Maschine für das Handling von Aerosolprodukten dar. Aerosole sind potenziell entzündlich und daher für die „Cold Wrapping“-Technologie prädestiniert. Da Aerosolprodukte jedoch in der Regel hoch und dünn sind, neigen sie beim Verpacken zur Instabilität.

Neue Maschine zum Verpacken von Aerosolbehältern

Siemens hat TrakRap daher bei der Entwicklung einer neuen Maschine speziell zum Verpacken von Aerosolbehältern unterstützt. Im Rahmen eines Projekts, an dem auch mehrere Partner einschließlich des Manufacturing Technology Centre (MTC) in Coventry beteiligt waren, wurde die neue Maschine von TrakRap mit Siemens-Technologie virtuell entwickelt, getestet und in Betrieb genommen. Dabei wurde ein digitaler Zwilling, ein voll funktionsfähiges, dreidimensionales Computermodell der Maschine, eingesetzt.

 

Das MTC nutzte NX-Software zum Konstruieren der Maschine, die Software NX Mechatronics Concept Design-Software zum Simulieren der physikalischen Eigenschaften der Maschine und das Simcenter-Portfolio von Simulations- und Testsoftware zum Simulieren und Testen des zweistufigen Verpackungsprozesses in einem virtuellen Szenario. In die Simulation wurde sogar die Steuerungs- und Automatisierungsumgebung mit einbezogen.

Von der digitalen zur physischen Maschine

Durch die Erstellung eines digitalen Zwillings gewann TrakRap genaue und detaillierte Informationen. So wurde zum Beispiel beim digitalen Verpackungsprozess festgestellt, dass es vor allem auf die erste Lage der Folie ankommt. Bei der digitalen Simulation wurden Richtung und Kraft der Folie beim Kontakt mit dem Packgut sowie die spezifische Instabilität einer Gruppe von Behältern auf einer Palette deutlich.

 

Anhand dieses wichtigen, während des virtuellen Produktionslaufs gesammelten Feedbacks war das Konstruktionsteam bei TrakRap in der Lage, die Kraft der Folie beim Aufbringen der ersten Lage zu begrenzen, die Ausrichtung der zweiten Lage zu ändern und den Prozess zu stabilisieren.

Der digitale Zwilling war bei der Entwicklung der ersten Maschine eine große Hilfe.
Martin Leeming, CEO von TrakRap

Als die Montage des ersten physischen Modells anlief, stellte Martin Leeming, CEO von TrakRap, fest, dass „der digitale Zwilling bei der Entwicklung der ersten Maschine, die wir jetzt bauen, eine große Hilfe ist. Wir wissen schon jetzt, dass diese Maschine genau die Ergebnisse liefern wird, die wir uns wünschen.“

Markteinführungszeit um 40 Prozent reduziert

Die Vorhersagbarkeit der Fertigung ist nicht der einige Vorteil für TrakRap. Da die Fertigung des physischen Prototyps entfällt, konnten die Markteinführungszeit um 40 Prozent und die Entwicklungskosten um 30 Prozent reduziert werden.

 

Noch wichtiger ist jedoch, dass ein neuer Präzedenzfall geschaffen wurde. „Wir sehen unsere Maschine jetzt weniger als physische Einheit denn als flexible Softwareplattform, die sich an verschiedene Umgebungen, Produkte und Konstellationen anpassen kann und uns so Qualität, Durchsatz und Zeitbedarf beziffert“, so Martin Leeming.

Neues Geschäftsmodell „Pay-per-wrap“

Die Digitalisierung bringt für TrakRap umfassende, grundlegende Veränderungen mit sich. Sie verändert die Art und Weise, wie TrakRap seine Maschinen bereitstellt und überwacht, und die Art und Weise, wie das Unternehmen seine Kunden unterstützt. TrakRap arbeitet mit Siemens Financial Services zusammen und bleibt Eigentümer der gefertigten Maschinen. Den Kunden bietet TrakRap einen output-basierten Service mit nutzungsbasierter Abrechnung („Pay-per-wrap“).

 

Die Lösung von TrakRap erfordert keine Investition seitens des Kunden und bietet durch den erheblich reduzierten Bedarf an Energie und Verpackungsmaterial einen zusätzlichen Mehrwert.

Mit dem digitalen Zwilling die Maschine im Blick behalten

Nachdem eine physische Maschine am Kundenstandort errichtet wurde, wird sie ihrem digitalen Zwilling dauerhaft zugeordnet. Vorhandene Applikationen leiten Betriebsdaten in Echtzeit an MindSphere, das cloudbasierte, offene IoT-Betriebssystem von Siemens weiter, wo sie mit den Daten verglichen werden, die parallel vom digitalen Zwilling erzeugt wurden. Die detailgenaue Beobachtung sämtlicher Maschinen rund um die Uhr ermöglicht die Erkennung potenzieller Probleme, bevor diese akut werden, und die Vermeidung von Ausfallzeiten.

Reduzierte Ausfallzeiten durch Überwachung

„Dies wird unsere Betriebsabläufe grundlegend verändern“, sagt David Robinson, Operations Director von TrakRap. „In der Vergangenheit haben wir die Leistung unserer Maschinen an der Anzahl der Ausfälle gemessen. Jetzt sind wir in der Lage, Ausfälle im Vorhinein zu verhindern. Wir können zum Beispiel Wartungsarbeiten in ein bestimmtes Zeitfenster legen, um Unterbrechungen zu minimieren, oder Bediener gezielter schulen und beraten. Außerdem erhalten unsere Kunden wertvolles Feedback zur Leistung ihrer Anlage. An die Stelle unserer bisherigen reaktiven Vorgehensweise wird zukünftig eine proaktive Vorgehensweise mit effektivem Management unserer Kosten für Serviceleistungen und Kundendienstanforderungen treten.“ TrakRap geht von einem Rückgang der Kundendienst-Einsätze um 53 Prozent und der Maschinenausfallzeiten um 72 Prozent aus. 

An die Stelle unserer bisherigen reaktiven Vorgehensweise wird zukünftig eine proaktive Vorgehensweise mit effektivem Management unserer Kosten für Serviceleistungen und Kundendienstanforderungen treten.
David Robinson, Operations Director von TrakRap

Konnektivität, Kontrolle und Effizienz rund um die Uhr

Auch Martin Leeming sieht für die Zukunft ein riesiges Potenzial: „Da jede Siemens-Komponente unserer Maschine einen eigenen digitalen Zwilling hat, stellt unser digitaler Zwilling auch dar, wie die einzelnen Teile miteinander kommunizieren. Daher planen wir eine Konnektivität, die uns und unseren Kunden ganz neue Möglichkeiten bietet, um Geld zu sparen und die Effizienz weiter zu steigern.“

Digitaler Zwilling in einer virtuellen Fabrik

TrakRap-Kunden erhalten die Möglichkeit, einen digitalen TrakRap-Zwilling in einer virtuellen Fabrik zu platzieren, um die einwandfreie Funktion nicht nur der TrakRap-Maschine, sondern der gesamten Produktionslinie sicherzustellen. Wenn alle diese betrieblichen Informationen vorab verfügbar sind, bedeutet das für Lebensmittelhersteller ein geringeres Risiko, einen reduzierten Ressourcen- und Zeitaufwand sowie niedrigere Kosten.

 

Das Unternehmen kann jetzt ein Produkt höherer Qualität liefern – einen kontinuierlichen Service in Form einer flexiblen und integrierten Lösung, die die Gesamtbetriebskosten reduziert und den Weg der Fertigung hin zu Industry 4.0 unterstützt. „Der Weg zur Digitalisierung, auf dem wir uns derzeit befinden, führt TrakRap in eine vielversprechende Zukunft“, so das Fazit von Martin Leeming. „Er ermöglicht uns einen großen Schritt vorwärts in einer von starkem Wettbewerb geprägten Branche.“

TrakRap konstruiert und fertigt kostengünstige, CO2-arme sekundäre Verpackungslösungen für Hersteller schnelllebiger Konsumgüter, die Supermärkte und Einzelhändler in Großbritannien beliefern.


Die preisgekrönten Verpackungslösungen bilden zusammen mit den bahnbrechenden, ohne Hitze arbeitenden Orbital-Wickelmaschinen das TrakRap-System, eine Verpackungslösung, mit der Kunden die Umweltauswirkungen ihres Unternehmens reduzieren können.

Abonnieren Sie unseren Newsletter

Bleiben Sie auf dem Laufenden: Alles was Sie über Elektrifizierung, Automatisierung und Digitalisierung wissen müssen.

Related Topics