كيفية اختبار أداء آلة جديدة لتعبئة وتغطية أكياس الفوهة؟

الدقة الأساسية في التعبئة والتغطية

اتساق حجم التعبئة: تحليل يشمل ٣٠ كيساً فأكثر

إن دقة حجم التعبئة هي قياسٌ يستند إلى أسس إحصائية، ويتم أخذه بعد عدٍ متتالٍ لأكياس عددها ٣٠ كيساً أو أكثر عند سرعة تشغيل مستهدفة. ومن العوامل المؤثرة في اتساق حجم تعبئة السوائل: لزوجة السائل ودرجة حرارته، والتمدد الناتج عن الحرارة أو الضغط في مادة الكيس، ودقة تصميم نظام التعبئة (سواء كان يعمل بالجاذبية أو بالحجم أو بالكبسون أو بمزيجٍ منها).

البيانات التي تم تجميعها عبر القطاع تُحدِّد بوضوح الفروق التشغيلية استنادًا إلى تصميم نظام التعبئة:

نظام التعبئة — الدقة التقريبية — السرعة التشغيلية (كيس/دقيقة)

التعبئة بالجاذبية — دقة تتراوح بين ١٪ و٣٪ — من ١٠٠ إلى ٤٠٠ كيس/دقيقة

النظام الحجمي — دقة تتراوح بين ٠٫١٪ و٠٫٥٪ — من ٥٠ إلى ٢٠٠ كيس/دقيقة

النظام القائم على المكبس — دقة تتراوح بين ٠٫١٪ و٠٫٥٪ — من ٣٠ إلى ١٢٠ كيس/دقيقة

تم تصميم أنظمة التعبئة الحديثة عالية الأداء القائمة على المكبس لتعبئة المنتجات بدقة تبلغ ٠٫٥٪. ويكتسب هذا التصميم أهمية خاصة عند تعبئة المنتجات عالي الكثافة اللزوجية (مثل الصلصات)، حيث قد يؤدي فائض التعبئة بنسبة ١٪ فقط إلى تكاليف إضافية (خسارة) تصل إلى ٧٤٠ ألف دولار أمريكي سنويًّا في منشأة تصنيع عالية الإنتاج.

اختبار سوء محاذاة الغطاء وفشل الإغلاق

وبعد إجراء الاختبارات الديناميكية، اتضح أن سوء محاذاة الغطاء بما يتجاوز ٠٫٥ مم هو السبب في ٧٨٪ من حالات فشل الإغلاق. وينبغي أن تشمل الاختبارات المُجرَاة لتقييم سلامة الغطاء والإغلاق ما يلي:

١. تشغيل مستمر لمدة ٨ ساعات عند أقصى معدل إنتاج مُحدَّد للنظام

٢. يجب أن تكون عزم شد الغطاء ضمن النطاق المستهدف، مع ألا تتجاوز الانحرافات ± ٥٪.

٣. استخدام أجهزة استشعار محاذاة الليزر لتسجيل انحرافات المحاذاة في الوقت الفعلي.

٤. اختبار ضغط الانفجار عند ٣٥ رطل/بوصة مربعة أو أكثر للمرطبات الغازية.

٥. جودة الإغلاق مرتبطة ارتباطًا مباشرًا بسرعة إنتاج الجهاز (أي أن الجهاز المُصنَّف بسعة إنتاج ١٠٠٪ سيحقق عددًا أكبر من عمليات الإغلاق التي تقل نسبة التسرب فيها عن ٣٪ مقارنةً بالجهاز العامل بنسبة ٨٥٪ من سعته الإنتاجية).

يجب أن تقوم رؤوس الإغلاق بوضع الأغطية وإغلاقها ضمن نطاق تسامح منخفض مستهدف قدره ±٠٫٣ مم لتحقيق إغلاقات محكمة تمامًا.

أهمية اختبار قوة الإغلاق وسلامة الإغلاق ضد التسرب

مع آلات تعبئة وتغطية أكياس ذات فوهة، فإن اختبار قوة الإغلاق واختبار التسرب أمرٌ لا غنى عنه. فالعيوب الأصغر حتى في إغلاقات الأكياس قد تؤدي إلى استدعاء المنتجات من الأسواق. وقدّر بحث أجرته مؤسسة بونيون عام 2023 أن تكلفة هذه الحوادث تبلغ في المتوسط ٧٤٠٠٠٠ دولار أمريكي للشركة الواحدة. ويُجرى الاختبار لتقييم مدى تحمل الإغلاق لجميع الظروف التي يتعرَّض لها أثناء النقل، ولضمان الحفاظ على التعقيم ومدة الصلاحية. وينبغي أخذ الضغط ودرجة الحرارة والاهتزازات التي تتعرض لها الأكياس أثناء الشحن، وكذلك المدة التي تقضيها في دورة التوزيع، في الاعتبار. ويبقى ضمان سلامة المنتج وخلوه من التلوث أهم قضية تتعلق بسلامة الأغذية.

اختبار القوة الرقمية لفصل الإغلاق واختبار قوة الإغلاق الكمي وفق معيار ASTM F88

يقدّم معيار ASTM F88 أرقامًا وقيمًا ملموسةً للمصنّعين عند تقييم مقاومة إغلاق المواد الحاجزية المرنة ومقارنتها. وباستخدام أجهزة قياس قوة السحب الرقمية، يمكن أخذ الإغلاق وسحبه نحو جانب واحد، ثم قياس القوة المطلوبة لكسر هذا الإغلاق تحت توترٍ مُتحكَّمٍ فيه. وتُعبَّر هذه القياسات للقوة بوحدة نيوتن لكل ١٥ مم من عرض الإغلاق. واستنادًا إلى خبرتنا، فإن معظم العملاء الذين يتعاملون مع السوائل الصناعية يبحثون عن مقاومة إغلاق لا تقل عن ٨ نيوتن لكل ١٥ مم. وفي حالة اختبار مقاومة الإغلاق، لا يُسمح بأي تقديرات غير دقيقة، ويجب أن تكون جميع المعدات معقَّبةً بدقة. وهذا أمرٌ في غاية الأهمية لاختبار الجودة الخاص بالآلات التي تعمل وتُختبر في نوبات مختلفة ضمن نفس دورة الإنتاج، بل وحتى في الوقت نفسه، في مواقع مختلفة داخل الوحدة الصناعية نفسها.

تتضمن اختبارات تحلل الفراغ وضع أكياس ذات فتحات مغلقة ومملوءة في ظروف ضغط سالب لتحديد معدل التحلل بالنسبة للانخفاض في الضغط الناجم عن تسريبات دقيقة يزيد قطرها عن خمسة ميكرون. وتُعد هذه الطريقة فعّالة جدًّا في البيئات المخبرية وعمليات تفتيش الجودة خارج خط الإنتاج، لا سيما بالنسبة لبعض العيوب الأصغر التي تكتسب أهمية بالغة. وعلى عكس اختبار تحلل الفراغ، فإن تقنية الموجات فوق الصوتية الجوية تكون فعّالة في اكتشاف الفجوات الأكبر، أي تلك التي يتجاوز قطرها خمسين ميكرونًا، وذلك من خلال كشف الموجات الصوتية عالية التردد المنعكسة عن الوصلات المكسورة، مما يجعلها أكثر ملاءمةً لبيئات الإنتاج عالي السرعة حيث تتم عمليات التفتيش وتحديد العيوب بسرعةٍ كبيرة. وعند استخدام هاتين الطريقتين معًا، يحصل المصنعون على أفضل إمكانية ممكنة لتغطية العيوب. ووفقًا لمعايير الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) الخاصة بالتغليف، فإن اختبار تحلل الفراغ يكشف ٩٩,٢٪ من التسريبات الحرجة، بينما تكشف الموجات فوق الصوتية الجوية ٩٢٪ منها.

تقييم الموثوقية التشغيلية وتكامل سير العمل

الاتساق في استقرار تغذية الأكياس، وتوقيت التعبئة والسدادة، وتوقيت الدورة

لضمان التشغيل الموثوق، من الضروري تحقيق مثلث تشغيلي متكامل يتكون من التعبئة والتغليف والسدادة. ويجب أن يكون نظام التغليف دقيقًا تشغيليًّا، بحيث لا يتجاوز التحمل نصف ملليمتر لتفادي التصاق الأكياس أو عدم انتظام فتحات السكب. ومن حيث توقيت التشغيل، ينبغي أن يكون الهدف التشغيلي للتعبئة والسدادة هو تأخير قدره ٠٫٢ ثانية لتفادي الفيضان أو الإغلاق المبكر للأكياس. كما يجب أن يعمل النظام بأكمله بشكلٍ مستمرٍ وموثوقٍ خلال زمن دورة يتراوح بين ٣٠٠ و٤٠٠، وذلك لتجنب أي انحراف يتجاوز ٢٪. وبشكل عام، فإن المصانع التي تُدمج أجهزة الاستشعار الليزرية وأنظمة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) تحسّن معدل أدائها التشغيلي بنسبة تتراوح بين ١٨٪ و٢٢٪، بينما تضمن عمليات مراقبة الجودة الإحصائية (SPC) والرسوم البيانية الرقابية أن تُحلَّ معظم المشكلات التشغيلية قبل مرحلة التدقيق ما بعد التشغيل، مما يقلل downtime التشغيلي بشكلٍ كبير.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها بناءً على الأسباب الجذرية للاخفاقات الشائعة: التعبئة غير المنتظمة، وخلل محاذاة الغطاء، وانسداد الأكياس

يُعد التشخيص والتصحيح (Troubleshooting) أكثر فعاليةً في تحديد السبب الجذري للمشكلة وحلّها، بدلًا من معالجة الأعراض فقط. فإذا كانت المنتجات تُملأ بشكل غير متساوٍ، فقد تكون المشكلة مرتبطة بلزوجة المادة المُملَّئة أو انسداد الفوهات. وفي هذه الحالات، يمكن أن تساعد أجهزة قياس اللزوجة المتصلة مباشرةً (inline viscometers) وأجهزة التنظيف بالموجات فوق الصوتية (ultrasonic cleaners). وقد لا تتماشى الغطاءات بشكل صحيح، وهو ما قد ينتج عن تآكل فكّي القابض (gripper jaws) أو عدم توافقهما. وفي مثل هذه المواقف، يمكن أن تساعد أدوات محاذاة الليزر (laser alignment) وأدوات ضبط مواضع التثبيت المقاومة للاهتزاز (anti-vibration mount positioning tools). أما الانسدادات (Jams) فقد تنتج عن انحراف قضبان التوجيه (guide rails) أو اختلاف سرعات حزام النقل (conveyor belt) بشكل غير متزامن، ويمكن تعديل ذلك باستخدام محولات التردد المتغير (VFDs) للحفاظ على استقامة الحركة. وقد نجحت العديد من المصانع في تقليل الوقت المستغرق في عمليات التشخيص والتصحيح من خلال الاحتفاظ بسجلاتٍ دقيقةٍ وشاملةٍ للأحداث. ثم تقوم بتحليل هذه السجلات لتحديد المشكلات المتكررة، وتكرار حدوثها، وكيفية إصلاحها، وكيفية تقليل أثرها؛ وبذلك تصبح أكثر كفاءةً من المصانع التي لا تتبع هذه الممارسة.

الأسئلة الشائعة

لماذا يُعتبر تقييم اتساق حجم التعبئة في أكياس التعبئة أمرًا مهمًا؟

يُعد اتساق حجم التعبئة أمرًا بالغ الأهمية، لأن أي نقص أو زيادة في كمية التعبئة قد يؤثر سلبًا على جودة المنتجات ويضر تدفق الإيرادات الخاص بالشركة.

كيف يمكن تجنّب استدعاء المنتجات من خلال اختبار قوة الإغلاق؟

يُظهر اختبار قوة الإغلاق الأغلاقات المعرَّضة لخطر التسرب أو التلف، وهي إحدى الأسباب الرئيسية لاستدعاء المنتجات. وعندما تحرص الشركات على أن تكون الأغلاقات قويةً، فإنها تمنع الخسائر الناجمة عن الحوادث.

ما الفائدة التي تحققها من دمج تقنية تحلل الفراغ مع الموجات فوق الصوتية الجوية لاكتشاف التسريبات؟

يؤدي دمج هاتين الطريقتين إلى اكتشاف عيوب التسريبات الصغيرة والكبيرة في الوقت المناسب، ما يحسّن موثوقية المنتج.

كيف تعتمد معدلات الإنتاج على الموثوقية التشغيلية؟

عندما تكون الموثوقية التشغيلية جيدةً، تعمل جميع الأنظمة في خط الإنتاج معًا وبشكل متساوٍ وفق الخطة المُرسومة. ونتيجةً لذلك، يكون وقت توقف خط الإنتاج قليلاً للغاية، كما تكون تكاليف الإنتاج والتكاليف التشغيلية منخفضة جدًّا.