Горизонтальные и вертикальные упаковочные машины: практическое сравнение

При инвестировании в автоматизированное упаковочное оборудование одним из самых важных решений является выбор между внедрением горизонтальная упаковочная машина или а вертикальная упаковочная машина (VFFS). Этот выбор влияет не только на тип продукции, которую вы можете обрабатывать, но и на скорость производства, планировку производственных помещений, затраты на материалы и долгосрочную эффективность работы. Неправильное решение может привести к дорогостоящей модернизации оборудования, перебоям в производстве и упущенным рыночным возможностям.

В данном руководстве рассматриваются инженерные принципы, эксплуатационные характеристики и оптимальные области применения обеих ориентаций, чтобы помочь инженерам-технологам, руководителям предприятий и специалистам по закупкам принимать обоснованные решения при выборе оборудования.

Две ориентации

Горизонтальные упаковочные машины

Горизонтальные упаковочные машины — как правило, включающие упаковочные машины поточного типа, горизонтальные системы «форма-наполнение-запечатывание» (HFFS) и машины для запечатывания лотков — транспортируют продукцию по горизонтальной плоскости на протяжении всего процесса упаковки. Продукция поступает в машину на конвейере, упаковывается или запечатывается во время горизонтального перемещения и выходит из машины на выходной конвейер на том же уровне.

Отличительной особенностью является то, что сила тяжести действует перпендикулярно потоку продукта. На протяжении всего цикла упаковки продукт находится на плоской поверхности (конвейерной ленте или системе транспортировки продукции). Такое расположение особенно выгодно для продуктов, которые при вертикальной транспортировке могут сместиться, осесть или разбиться.

Вертикальные упаковочные машины (VFFS)

Вертикальные машины типа «формовка-наполнение-запечатывание» (VFFS) работают с вертикальным движением потока продукта. Пленка формируется в трубку в направлении вниз, продукт засыпается в трубку сверху, а упаковка запечатывается и разрезается внизу. Эта изделие падает под действием силы тяжести через формующий воротник и в упаковочную трубку.

Машины типа VFFS занимают доминирующее положение на рынках сыпучих, гранулированных и свободнотекучих продуктов, поскольку сила тяжести естественным образом способствует процессу наполнения. Вертикальная ориентация также позволяет свести к минимуму занимаемую машиной площадь, что делает машины VFFS привлекательным выбором для предприятий с ограниченной площадью помещений.

Как сравниваются основные технические варианты?

Совместимость продуктов

Самым важным фактором при выборе между горизонтальной и вертикальной упаковкой является тип продукта и физические характеристики.

Продукты, наиболее подходящие для горизонтальной упаковки:
– Твердые, готовые изделия (печенье, шоколадные батончики, мыло)
– Хрупкие продукты, которые не выдерживают свободного падения (выпечка, украшенные торты)
– Липкие предметы или предметы нестандартной формы (медицинские пластыри, клейкие полоски)
– Многоупаковочные наборы и вторичная упаковка (упаковка в лотки, связывание в пачки)
– Продукция, требующая контроля ориентации (печатная продукция, брендированные товары, у которых должна быть “правильная сторона”)

Продукты, наиболее подходящие для вертикальной упаковки:
– Сыпучие гранулированные продукты (рис, сахар, орехи, семена)
– Порошки (мука, специи, кофе, стиральный порошок)
– Мелкие кусочки (конфеты, снеки, замороженные овощи)
– Жидкости и пасты (соусы, шампунь, йогурт)
– Продукты, продаваемые на вес или по объему, для которых точное дозирование имеет решающее значение

Например, для производителя фармацевтических пластырей горизонтальная упаковка в пленку будет незаменима, поскольку самоклеящиеся пластыри нельзя опускать в вертикальную формующую трубу без риска загрязнения, прилипания к стенкам трубы или ошибок в ориентации. И наоборот, для производителя снеков, упаковывающего смеси орехов, технология VFFS окажется гораздо более эффективной, поскольку продукт естественным образом поступает в вертикальные пакеты.

Скорость и пропускная способность

Оба типа машин способны развивать впечатляющую скорость, однако их эксплуатационные характеристики различаются:

Для твердых продуктов при высокой скорости — горизонтальная упаковочная машина Как устроены упаковочные машины с конвейерной системойКак правило, такие линии превосходят VFFS по производительности, поскольку процесс обработки продукции на них более контролируемый и непрерывный. При производстве небольших саше и стик-паков высокопроизводительные машины VFFS могут достигать совокупной производительности, превышающей 1 000 упаковок в минуту.

Площадь помещений и планировка

Машины типа VFFS имеют значительно меньший площадь основания по сравнению с горизонтальными системами. Типичная машина VFFS занимает 1,5–3 квадратных метра площади, тогда как горизонтальная упаковочная машина с подающими и выводными конвейерами обычно требует 4–10 квадратных метров. Эта разница в 2–3 раза может стать решающим фактором на предприятиях, где площадь помещений ограничена.

Однако горизонтальные станки обладают преимуществами в интегрирование по линии. Поскольку зоны подачи и выгрузки находятся на одной высоте, горизонтальные машины более органично интегрируются в существующие производственные линии, где продукция перемещается по конвейерам между технологическими участками. Машины типа VFFS требуют подъема продукции или её подачи сверху, что может потребовать использования дополнительного погрузочно-разгрузочного оборудования, такого как ковшовые элеваторы, вибрационные питатели или специализированные системы подачи продукции.

См. также: Контрольный список критериев выбора упаковочной машины для поточной упаковки

Эффективность использования пленки и материала

Расход материала значительно варьируется в зависимости от типа упаковки:

• Упаковочные машины с горизонтальным потоком создавать упаковку, повторяющую контуры изделия, что позволяет свести к минимуму избыток материала. Для твердых продуктов расход пленки, как правило, на 15–30% ниже, чем у аналогичных вертикальных пакетов.
• Машины VFFS производят вертикальные пакеты типа «подушка» или пакеты с боковыми складками, которые, как правило, имеют больше свободного пространства в верхней части, особенно для твердых продуктов. В случае порошков и гранулированных продуктов технология VFFS обеспечивает высокую эффективность использования материала, поскольку продукт заполняет пакет более плотно.

Также различается степень использования ширины пленки. В горизонтальных упаковочных машинах ширина пленки, как правило, точно соответствует высоте продукта с учетом припусков на запечатывание, тогда как в машинах VFFS ширина пленки должна соответствовать окружности пакета, что может быть менее эффективно при упаковке широких плоских продуктов.

Качество и целостность уплотнения

Обе технологии позволяют создавать герметичные уплотнения, пригодные для использования в пищевой, фармацевтической отраслях и в производстве медицинского оборудования. Различия заключаются в типе уплотнения и методах контроля:

• Упаковочные машины с горизонтальным потоком Как правило, в них используются зажимы с торцевым уплотнением, которые одновременно обжимают и запечатывают оба конца, обеспечивая постоянную ширину и давление уплотнения. Системы с горячим ножом позволяют получать особенно аккуратные и прочные уплотнения, идеально подходящие для создания влагобарьера.
• Машины VFFS создавать продольные и поперечные швы. Продольный шов проходит по всей длине пакета (шв типа «плавник» или «накладной»), а поперечный шов закрывает каждый пакет. На равномерность шва может влиять вес продукта, оказывающий тягу вниз на формующую трубку.

Для стерильной медицинской упаковки и фармацевтических целей часто отдают предпочтение горизонтальным упаковочным машинам поточного типа, поскольку процесс запечатывания в них лучше контролируется и его проще подтвердить в соответствии со стандартами ISO 11607.

Пример из практики — решение в кондитерской отрасли

Профиль заказчика: производитель кондитерских изделий, занимающийся упаковкой печенья в шоколадной глазури. В первоначальном запросе речь шла о машине типа VFFS.

Наша рекомендация: горизонтальная упаковочная машина. Обоснование:

• Продукты представляют собой цельные, отдельные бруски — благодаря горизонтальной подаче сохраняется их ориентация и внешний вид
• Планируемая производительность составляла сотни упаковок в минуту
• Шоколадная глазурь создавала риск повреждения при свободном падении начинки
• На линии выпускается несколько артикулов, поэтому время переналадки имело большое значение
• Одно из требований касалось презентации товара в розничной торговле — видимости товара через обертку

Заказчик протестировал обе конфигурации на своём собственном продукте, прежде чем утвердить рекомендацию по горизонтальной ориентации.

Как сравниваются различные варианты стоимости?

Капиталовложения

Стоимость инвестиций в оборудование зависит от скорости, количества форматов и объема интеграции — запросите коммерческое предложение для вашей задачи. При сравнении также следует учитывать годовые эксплуатационные расходы (пленка, техническое обслуживание, энергозатраты, затраты на рабочую силу).

Машины типа VFFS, как правило, отличаются более низкой стартовой ценой благодаря более простой механической конструкции. Однако при более высоких уровнях автоматизации разница в цене значительно сокращается, и полнофункциональные системы VFFS с многоколонной компоновкой, технологией MAP и возможностью асептического розлива могут стоить дороже, чем современные горизонтальные машины.

Эксплуатационные расходы

К основным различиям в операционных расходах относятся:

• Просмотр фильмов: Горизонтальные упаковочные машины, как правило, позволяют сэкономить 15–30% пленки при упаковке твердых продуктов
• Труд: Обе системы могут работать с участием 1–2 операторов, однако на горизонтальных линиях может потребоваться дополнительный персонал для укладки продукции, если на предшествующих этапах отсутствует автоматизация
• Техническое обслуживание: Машины типа VFFS отличаются более простой механической конструкцией (меньшее количество станций запайки), однако горизонтальные машины с сервоприводами зачастую обладают более широкими возможностями в области профилактического технического обслуживания
• Переключение: Время упаковки на горизонтальных упаковочных машинах составляет в среднем 15–45 минут; на машинах VFFS — в среднем 20–60 минут в зависимости от сложности конструкции пакета

Общая стоимость владения

При оценке в течение 5–10-летнего срока эксплуатации совокупная стоимость владения в значительной степени зависит от объема производства и типа продукции. Для предприятия, занимающегося упаковкой твердых продуктов со скоростью 200+ ppm, экономия на пленке, обеспечиваемая горизонтальной упаковочной машиной, может сама по себе окупить её более высокую стоимость в течение 18–30 месяцев.

Рекомендации для конкретных отраслей

Пищевая промышленность

Пищевая промышленность широко использует обе ориентации, причем выбор зависит от типа продукции:

• Хлебобулочные и кондитерские изделия: Горизонтальная упаковка в пленку широко используется для печенья, шоколадных батончиков и хлебобулочных изделий, где чрезвычайно важны целостность продукта и его внешний вид
• Закуски: Система VFFS широко используется для чипсов, орехов и сыпучих закусок, при наполнении которых гравитационный метод оказывается эффективным
• Замороженные продукты: Для замороженных котлет, готовых блюд и мороженых батончиков предпочтительны горизонтальные упаковочные машины
• Кофе и специи: Упаковочные линии VFFS для молотого кофе, цельных зерен и порошкообразных приправ

Фармацевтическая промышленность

В фармацевтической отрасли горизонтальная упаковка пользуется значительным предпочтением. Медицинские изделия, диагностические наборы и трансдермальные пластыри требуют контролируемого обращения с продукцией, которое могут обеспечить только горизонтальные системы. Способность сохранять ориентацию продукта и предотвращать повреждения при свободном падении делает горизонтальную потоковую упаковку стандартом для вторичной упаковки медицинских изделий.

На нашем устройстве подачи пакетов JC400 осуществляется упаковка фармацевтических препаратов и пластырей — точность упаковки и целостность сварного шва проверяются с использованием пленки заказчика перед отправкой.

Косметика и средства личной гигиены

Обе ориентации находят применение в косметике в зависимости от вида продукта:

• Твердая косметика (мыло в брусках, твердые духи): горизонтальная упаковка в пленку
• Жидкая косметика (шампуни, лосьоны): VFFS для пакетиков с пробниками или вторичной упаковки
• Многокомпонентные наборы и подарочные наборы: Горизонтальная обертка

Интеграция с оборудованием, расположенным выше и ниже по технологической цепочке

Ориентация станка влияет на то, насколько легко он интегрируется в общую производственную линию:

Преимущества горизонтальной организации:
– Естественная интеграция с технологическими линиями, на которых продукция перемещается по конвейерам
– Простое подключение к контрольно-весовым дозаторам, металлодетекторам и системам рентгеновского контроля на одной высоте конвейерной ленты
– Линейный поток продукции позволяет свести к минимуму количество точек обработки

Преимущества вертикальной интеграции:
– Прямое подключение к системам транспортировки сыпучих материалов (силосы, бункеры, шнеки)
– Компактная конструкция позволяет устанавливать устройство над или под другим оборудованием
– Подача с использованием силы тяжести снижает энергопотребление при транспортировке продукции

Почему именно Path Pack?

Компания Path Pack специализируется на технологиях горизонтальной упаковки в пленку, разработанных для самых сложных производственных условий в мире. Наши машины оснащены сервомоторами Siemens, системами управления Schneider Electric и датчиками от ведущих производителей.

Каждая машина поставляется в комплекте с документацией, перечнем запасных частей и услугами удаленной поддержки. Устанавливаемые нами линии предназначены для различных задач — от упаковки фармацевтических пластырей до упаковки печенья.

Независимо от того, планируете ли вы модернизировать существующую линию горизонтальной упаковки или оцениваете, подходит ли горизонтальная технология для вашего ассортимента продукции, наша команда инженеров предоставит вам консультации без каких-либо обязательств, включая тестирование продукции на нашем предприятии.

В горизонтальной ориентации наш ассортимент включает Машина для упаковки в пленку JC250.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли упаковывать один и тот же продукт как на горизонтальных, так и на вертикальных машинах? Сравнение машин VFFS с машин для упаковки в пленку с непрерывным потоком?

Некоторые продукты можно упаковывать любым из этих способов, однако результаты значительно различаются. Твердые изделия, такие как печенье, можно упаковывать горизонтально в плотную, повторяющую контуры упаковку с минимальным использованием пленки, либо помещать в вертикальные пакеты с большим свободным пространством в верхней части и более высокими затратами на материалы. Выбор зависит от ваших приоритетов: эффективность упаковки и внешний вид (в этом случае предпочтительна горизонтальная упаковка) или экономия площади (в этом случае предпочтительна вертикальная упаковка).

Какая ориентация требует меньшей площади производственного цеха?

Вертикальные упаковочные машины, как правило, занимают на 50–70% меньше площади, чем горизонтальные системы. Стандартная машина VFFS занимает 1,5–3 квадратных метра, тогда как горизонтальная упаковочная машина с подающими и выводными конвейерами требует 4–10 квадратных метров. Это делает машины VFFS привлекательными для предприятий с ограниченным пространством или для производств, которым требуется разместить несколько упаковочных линий на ограниченной площади.

Как соотносятся времена переналадки?

На современных моделях горизонтальных упаковочных машин с сервоприводом переналадка обычно занимает 15–45 минут, в то время как на машинах типа VFFS — 20–60 минут. Однако время переналадки в большей степени зависит от конкретной конструкции машины, уровня автоматизации и квалификации оператора, чем от самой ориентации. Функции быстрой переналадки, такие как регулировка формирующего кольца без использования инструментов и вызов параметров на основе рецептов, позволяют сократить время переналадки до менее чем 10 минут на обоих типах машин.

Какая технология лучше подходит для фармацевтической упаковки?

Горизонтальная упаковка с потоком материала, как правило, предпочтительна для фармацевтической отрасли, поскольку она обеспечивает контролируемую обработку продукта без свободного падения, сохраняет ориентацию продукта и позволяет создавать равномерные герметичные швы, которые проще проверить на соответствие стандартам ISO 11607. Технология VFFS используется для фармацевтических порошков и гранул, однако твердые лекарственные формы и медицинские изделия упаковываются практически исключительно горизонтальным способом.

Каков типичный срок окупаемости горизонтального и вертикального оборудования?

Срок окупаемости зависит от объема производства и области применения, однако горизонтальные упаковочные машины, как правило, окупаются за 12–24 месяца за счет экономии пленки (на 15–30% меньше материала для твердых продуктов) и более высокой производительности. Окупаемость машин VFFS обычно достигается за 12–30 месяцев, при этом срок окупаемости сокращается при крупносерийном производстве порошковых и гранулированных продуктов, где гравитационное наполнение обеспечивает максимальную эффективность.

Заключение

Выбор между горизонтальными и вертикальными упаковочными машинами — это не просто вопрос личных предпочтений, а стратегическое решение, обусловленное характеристиками продукции, производственными требованиями и соображениями долгосрочной экономической эффективности. Горизонтальные упаковочные машины отлично подходят для твердых продуктов, обеспечивают высокую эффективность использования материалов и легко интегрируются в производственные линии. Вертикальные машины отличаются компактными габаритами и идеально подходят для сыпучих продуктов, где наполнение под действием силы тяжести дает естественное преимущество.

Залогом принятия правильного решения является тщательный анализ конкретного продукта, объемов производства, ограничений производственных мощностей и совокупной стоимости владения в течение всего срока службы оборудования. Не поддавайтесь искушению выбирать, ориентируясь исключительно на цену покупки — неправильный подход может обойтись гораздо дороже из-за постоянной операционной неэффективности, чем первоначальная экономия капитала.

Компания Path Pack производит горизонтальные упаковочные машины в Ханчжоу (Китай). Перед отправкой каждая машина проходит испытания с использованием продукции и пленки заказчика. Если вы выбираете упаковочную машину или устраняете неисправности на линии, уже находящейся в эксплуатации, обратитесь к нашей инженерной службе — мы ответим в течение одного рабочего дня.

Автор: Техническая команда Path Pack

Не уверены, какая ориентация подходит для вашего продукта? → Отправить в Path Pack информацию о вашем товаре для ознакомления и получения рекомендаций по выбору оборудования.