VFFS مقابل آلات التعبئة الأفقية: أيهما أفضل لخط الإنتاج الخاص بك؟

المبادئ التشغيلية الأساسية: كيف تعمل VFFS والتعبئة الأفقية آلات التغليف عمل

آلات تعبئة VFFS: عملية مستمرة للتشكيل والتعبئة والإغلاق على المحور الرأسي

تعمل آلات التعبئة والتغليف الرأسية ذات التشكيل والتعبئة والإغلاق (VFFS) عن طريق سحب الفيلم من بكرة عبر ما يُعرف بعنق التشكيل، والذي يُكوِّن هذا الشكل الأسطواني العمودي أثناء الحركة. تدخل المنتجات من الفتحة العلوية للعنق. وتأتي الجاذبية على قدر كبير من العمل هنا بالنسبة لمواد مثل الحبيبات، المساحيق، والأصناف الصلبة الصغيرة التي تحتاج إلى تغليف. تحتوي الآلة على فكوك إغلاق تقوم بدور مزدوج: فهي في الواقع تُكوِّن الختم السفلي للكيس الواحد بينما تُهيئ الختم العلوي للحقيبة التالية مباشرة بعد ذلك. وهكذا تتمكن من التشغيل المستمر دون التوقف بين العبوات. يمكن للعديد من الموديلات الأفضل الموجودة في السوق أن تعالج ما بين 60 إلى 200 عبوة كل دقيقة وفقًا لأحدث البيانات الصادرة عن معهد كفاءة الصناعة عام 2023. كما تعمل هذه الأنظمة مع مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المواد المركبة، رقائق الألومنيوم، وحتى بعض البلاستيك الحيوي الصديق للبيئة الذي تم اعتماده على أنه قابل لإعادة التدوير. ما يميزها هو تصميمها المدمج الذي يستهلك مساحة أرضية ضئيلة ومع ذلك يحقق معدلات إنتاج جيدة، وهي نقطة يقدّرها المصنعون كثيرًا عندما تصبح المساحات شحيحة في خطوط الإنتاج بالمصانع.

آلات التعبئة الأفقية: التعامل مع الأكياس الجاهزة، والتعبئة المستمرة، والأختام على شكل حرف L

تعمل آلات التعبئة الأفقية على معالجة الأكياس المسبقة التشكيل أو الأفلام الموردة من بكرات على مستوى أفقي خطي. حيث تتحرك المنتجات على ناقل داخل أشرطة فيلم متحركة، ويتم تشكيل الأكياس حولها—وهو ما يجعلها مثالية لل-bars السريعة، والأجهزة الطبية، أو العناصر الهشة. وتشمل التكوينات الرئيسية:

• آلات التعبئة المستمرة : تغلف المنتجات طويلة الشكل بأغلفة على هيئة وسائد
• أجهزة الختم على شكل حرف L : تُنتج أكياس محكمة الإغلاق من الجانبين، واضحة المعالم ضد العبث، وتُستخدم للسوائل أو المكونات الحساسة
• أنظمة الأكياس الجاهزة مسبقًا : تملأ أكياس الوقوف أو الأكياس ذات السحابات الموردة من الخارج بدقة عالية

على عكس أنظمة التعبئة الرأسية (VFFS)، فإن الأنظمة الأفقية تتصل بسهولة مع أغطية أثقل—مثل الصنابير، الغطاسات، والسحابات—وتدعم عمليات التعبئة المعقمة أو الحساسة للحرارة، أو التعامل اللطيف الذي يتجنب السقوط العمودي. مما يجعلها مناسبة بشكل فريد للتطبيقات التي تكون فيها سلامة المنتج، أو الامتثال التنظيمي، أو تعقيد الشكل أكثر أهمية من السرعة الخام.

توافق المنتج وشكل التعبئة

مطابقة خصائص المنتجات — المواد الصلبة، الحبيبات، السوائل، والمنتجات الهشة — مع بنية آلة التعبئة والتغليف

تعمل ماكينات التعبئة والغطس والختم العمودية بشكل أفضل مع المواد التي تتدفق بسهولة تحت تأثير الجاذبية، مثل الحبيبات والمساحيق والقطع الصغيرة الصلبة. وتُظهر هذه الماكينات كفاءة عالية عند التعامل مع المواد الحساسة لامتصاص الرطوبة، لأنها تقلل من التعرض للهواء أثناء عملية التعبئة، وهو أمر بالغ الأهمية في قطاعات مثل الصناعات الدوائية. ونظرًا للحركة الرأسية لهذه الماكينات، فإن المنتجات تقضي وقتًا أقل في التواجد بالهواء الطلق وتتعرض للتلامس مع البيئة الخارجية بشكل أقل. من ناحية أخرى، تُعد الماكينات الأفقية أكثر ملاءمة عادةً لتعبئة السوائل والمعاجين الكثيفة والمنتجات الهشة. ففي هذه الأنظمة، يتم وضع المنتجات بلطف داخل أكياس أو صواني تم تشكيلها مسبقًا، وبالتالي لا يكون هناك خطر من التلف الناتج عن الصدمات أو القوى القصّية. كما يمكن للأنظمة الأفقية التعامل أيضًا مع العناصر غير المنتظمة الشكل، مثل مكونات الإلكترونيات أو المنتجات المخبوزة الطازجة أو حتى مجموعات المستلزمات الطبية، وذلك بفضل ترتيبات الأدوات الخاصة وميزات التموضع الجانبية التي لا توفرها ماكينات VFFS التقليدية. وعندما يُطبّق المصنعون تطابقًا دقيقًا بين خصائص منتجاتهم مثل سهولة التدفق ودرجة الهشاشة والسماكة والنوع المناسب من الآلات، فإنهم عادةً ما يلاحظون انخفاضًا بنسبة 18٪ تقريبًا في هدر التغليف وفقًا لأبحاث حديثة نُشرت العام الماضي في مجلات متخصصة بكفاءة التعبئة.

مرونة تنسيق التغليف: الأكياس الواقفة مقابل العبوات الوسائدية، والأغلفة المتدفقة، وختم L (أفقي)

تظل أنظمة التغليف الرأسية (VFFS) الخيار المفضل لإنتاج كميات كبيرة من الأكياس القائمة، بما في ذلك تلك التي تتميز بإمكانية الإغلاق مجددًا والأنابيب المستخدمة عادةً لعبوات الوجبات الخفيفة والسوائل المركزّة. وعادةً ما تحقق هذه الأنظمة كفاءة استخدام فيلم تبلغ نحو 90% عند إنتاج أشكال العبوات الوسائدية. ومع ذلك، فإن حلول التغليف الأفقية تقدم شيئًا مختلفًا. فهي تعالج نطاقًا أوسع من التنسيقات. وتُعد آلات التغليف بالتدفق مناسبة جدًا لتغليف قضبان التغذية والحلويات، في حين تُنتج آلات الختم L عبوات مغلقة تمامًا وواضحة العبث، والمطلوبة في التطبيقات الطبية. كما تتيح أنظمة الأكياس الجاهزة إمكانية تصاميم أكثر تعقيدًا وجاهزية للبيع بالتجزئة، مثل الأكياس ذات الطيات والنوافذ أو الحاويات ذات الأشكال الفريدة. أما العيب الرئيسي لأنظمة VFFS فهو أن تغيير التنسيق يتطلب استبدال لفات الفيلم بالكامل، في حين يمكن للآلات الأفقية التبديل بسرعة بين عمليات ختم الصواني، والتغليف بالتدفق، وتعبئة الأكياس. مما يجعلها جذابة بشكل خاص للشركات التي تقوم بتحديث تغليفها بانتظام كل ربع سنة تقريبًا. ومع ذلك، يجدر بالذكر أن أنظمة VFFS ما زالت تحتفظ بميزة قوية من حيث التكلفة الإجمالية للملكية عند التعامل مع عمليات إنتاج مستمرة وكبيرة الحجم عبر خطوط منتجات ثابتة.

الأداء، والمساحة، وتكلفة الملكية الإجمالية

حقائق الإنتاجية: 60–200 نقطة في الدقيقة (VFFS) مقابل 40–120 نقطة في الدقيقة (أفقي) — خذ بعين الاعتبار وقت التوقف وكفاءة التحويل

يمكن لأجهزة التعبئة والتشكيل والإغلاق العمودية التعامل مع ما بين 60 و200 عبوة في الدقيقة عند التعامل مع المنتجات السائلة بحرية، لأنها تعمل باستمرار دون توقف وتستفيد من الجاذبية أثناء عملية التعبئة. أما الأنظمة الأفقية فعادةً ما تُنتج حوالي 40 إلى 120 عبوة في الدقيقة، ولكنها تواجه قيودًا نظرًا لحاجتها إلى التوقف دوريًا لأداء مهام مثل تحميل الأكياس، وتحريك المنتجات إلى الموضع المناسب، وإتمام عملية الإغلاق. وفيما يتعلق بالأرقام الفعلية للإنتاج، فإن أزمنة التبديل تُعد أيضًا عاملاً مؤثرًا كبيرًا. إذ تستغرق عمليات الضبط في أجهزة VFFS عادةً ما بين 5 و15 دقيقة لأعمال مثل استبدال لفات الفيلم أو تغيير الكوادر. أما الأجهزة الأفقية فتستغرق وقتًا أطول بكثير، وغالبًا أكثر من 20 دقيقة فقط للتبديل بين أوضاع مختلفة مثل التغليف بالتدفق مقابل تكوين الإغلاق على شكل L، أو تعديل إعدادات الناقل الخاصة بالصواني. وعند النظر إلى توقفات العمل غير المخطط لها، يظهر ميزة أخرى لتكنولوجيا VFFS. فالأجهزة المغلِّفة الأفقية تميل إلى أن يكون لديها نسبة توقف سنوية أعلى بحوالي 12 إلى 18 بالمئة بسبب مشكلات مثل سوء تغذية الأكياس، أو مشاكل تتبع الفيلم، أو حدوث انسدادات. وتحدث هذه المشكلات بشكل متكرر أكثر في الأنظمة الأفقية ببساطة لأنها تحتوي على ميكانيكا أكثر تعقيدًا وتعتمد بشكل كبير على المحاذاة الدقيقة للأجزاء أثناء التشغيل.

البصمة وتكامل المرافق: كفاءة الترتيب الرأسي مقابل متطلبات التخطيط الخطي

إن وحدات التعبئة والتغليف الرأسية (VFFS) توفر مساحة أرضية فعلاً لأن المنتجات تتحرك بشكل عمودي عبر الجهاز. ومعظم هذه الأنظمة لا تستهلك أكثر من 15 مترًا مربعًا حتى عند تزويدها بموازين تفتيش أو كواشف معادن أو معدات ترميز التواريخ. أما الأنظمة الأفقية فتعمل بشكل مختلف؛ فهي تحتاج إلى ترتيبات خطية، حيث يمكن أن تمتد التركيبات القياسية بين 25 و40 مترًا مربعًا فقط للسيور الناقلة ومنطقة التشكيل وأقسام التبريد ومساحات التخزين بعد المعالجة. ولهذا السبب تناسب آلات VFFS جيدًا المصانع التي تعاني من ضيق المساحة أو أثناء ترقيات المصنع. من ناحية أخرى، تكون الخطوط الأفقية أكثر منطقية في مشاريع البناء الجديدة التي تتوفر فيها ارتفاعات سقف كافية والمساحة الكافية للتوسع المستقبلي على شكل وحدات.

مقارنة التكلفة الإجمالية (TCO): الاستثمار الأولي، عبء الصيانة، وسهولة الوصول إلى قطع الغيار لـ آلات التغليف

يجب أن يُراعي التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) سعر الشراء مقابل استهلاك الطاقة، ووتيرة الصيانة، وهدر المواد، والقيمة المتبقية. وعلى الرغم من أن الآلات الأفقية غالبًا ما تكون أقل تكلفة أولية بنسبة 15–30%، فإن آلات التعبئة الرأسية (VFFS) توفر مزايا قابلة للقياس على المدى الطويل:

• كفاءة الطاقة : تقليل استهلاك الطاقة بنحو 20% بفضل الميكانيكا المبسطة وانخفاض عدد المحركات
• نفايات المواد : تتسبب مشكلات عدم محاذاة الفيلم وتوتر الشريط في هدر يتراوح بين 8–10% في الأنظمة الأفقية، مقابل 2–3% فقط في خطوط VFFS المعايرة جيدًا
• عبء الصيانة : تتطلب ختمات الأنظمة الأفقية ساعات صيانة سنوية أكثر بنحو 30% بسبب رؤوس الختم ذات عدد المكونات الأعلى، وأحزمة النقل المؤازرة، والتزامن متعدد المحاور
  تُعزز القيمة المتبقية هذا الاستنتاج: تحافظ وحدات VFFS عالية الأداء على نحو 40% من قيمتها الأصلية بعد خمس سنوات، مقابل نحو 25% لأنظمة أفقية مماثلة، مما يعكس متانتها في العمليات المستمرة والمتكررة بكثافة.

تكامل الخط والإمكانية المناسبة حسب القطاع الصناعي

ملاءمة نظام التغذية: الموازين، ومحشوات اللولب، والروبوتات مع آلات VFFS مقارنةً بآلات التعبئة الأفقية

تعمل أنظمة التعبئة والتشكيل والإغلاق الرأسية بشكل جيد جدًا مع معدات التغذية العلوية مثل موازين الرؤوس المتعددة، ومحشيات المسمار اللولبي، وأجهزة التغذية الاهتزازية التي نعرفها جميعًا. فالمادة تُترك فقط لتسقط بواسطة الجاذبية إلى داخل طوق التشكيل، مما يجعل الأمور أبسط بكثير عند أتمتة العملية بأكملها. ويمكن للأذرع الروبوتية أن تقوم بالتقاط الحقائب المملوءة مباشرة من نهاية التفريغ دون الحاجة إلى مساحة أرضية كبيرة أو إعداد بنية تحتية معقدة. أما النماذج الأفقية فهي مختلفة. فهي تحتاج إلى توقيت دقيق بين الناقلات، والروبوتات المخصصة للالتقاط والوضع، وحركة الفيلم. وهذا يعني أن المهندسين يجب أن يكونوا حريصين جدًا في القياسات، كما تصبح أنظمة التحكم معقدة إلى حدٍ كبير. وبسبب تصميمها الخطي المستقيم، فإن الآلات الأفقية تعالج المنتجات الموضوعة بشكل جانبي بشكل أفضل. ولهذا السبب يُفضل استخدامها غالبًا للسلع المعبأة مسبقًا، والأطباق المجمعة، أو أي شيء يتطلب اتجاهًا معينًا أثناء التحميل.

أهم تطبيقات الصناعة: الأغذية، والصناعات الدوائية، والسلع الاستهلاكية، مع حالات استخدام لكل نوع من آلات التعبئة والتغليف

عندما يتعلق الأمر بخطوط إنتاج الأغذية، فإن آلات التعبئة والتغليف العمودية (Vertical Form Fill Seal) تُعد الخيار المسيطر في تطبيقات الأطعمة الخفيفة، والحبوب الغذائية، ومنتجات القهوة، وأغذية الحيوانات الأليفة. ويمكن لهذه الأنظمة إنتاج عبوات من النوع القائم (stand up pouches) بمعدل يتراوح بين 60 و200 عبوة في الدقيقة بدرجة موثوقة إلى حد كبير في معظم الأوقات. أما شركات الصناعات الدوائية فتتخذ نهجًا مختلفًا تمامًا، حيث تعتمد بشكل رئيسي على المعدات الأفقية في تعبئة المنتجات مثل العبوات الفقاعية (blister packs)، والأطباق الطبية المعقمة ذات الغلق على شكل حرف L، ومختلف عمليات تغليف القوارير أو العلب. لماذا؟ لأنها تحتاج إلى معالجة لطيفة للمنتج، ويجب أن تحافظ على معايير ISO في منشآتها، وتتطلب سجلات تحقق مفصلة لا يمكن المساس بها. وعمومًا، يقسم مصنعو السلع الاستهلاكية استخدام آلاتهم بناءً على ما هو الأنسب: فالمُغلفات الأفقية تُستخدم في تغليف الإلكترونيات المعبأة في صناديق، ومنتجات التجميل، وأطقم الأدوات اليدوية، حيث تُعد الجوانب البصرية مهمة جدًا. وفي المقابل، تتولى آلات VFFS التعامل مع منتجات مثل ملء صابون السائل الإضافي، وعبوات الفيتامينات المحسوبة بالجرعات، وحلوى الحيوانات الأليفة المرنة في عبوات كيسية. في نهاية المطاف، تعتمد هذه القرارات على الأولويات التشغيلية: فالمنتجون الغذائيون يركزون على السرعة والكمية، بينما يطالب موظفو القطاع الدوائي بالدقة والامتثال التنظيمي، في حين تحاول شركات السلع الاستهلاكية تحقيق توازن بين عبوات جذابة بصريًا، والاعتبارات البيئية، والقدرة على مواكبة التغيرات في عروض المنتجات.

قسم الأسئلة الشائعة

ما هي ماكينة VFFS؟

ماكينة VFFS هي معدة رأسية للتشكيل والتعبئة والإغلاق تُستخدم لإنشاء أكياس من لفافة فيلم، وتعبئتها بالمنتجات وإغلاقها، وكل ذلك على المحور الرأسي.

ما المنتجات الرئيسية المستخدمة في الماكينات الأفقية؟ آلات التغليف ?

تتعامل الماكينات الأفقية عادةً مع أكياس جاهزة، وتغليف التدفق، وأختام L، وتخدم منتجات مثل قضبان الوجبات الخفيفة والأجهزة الطبية والمنتجات الهشة.

أي ماكينة أكثر كفاءة من حيث استخدام المساحة؟

ماكينات VFFS أكثر كفاءة في استخدام المساحة بسبب تصميمها المتراص رأسيًا، مما يجعلها مثالية للمصانع ذات المساحة الأرضية المحدودة.