制造更好的瓶子

文/ Graham Packaging公司 Justin Howell，John Hillenbrand

為保證包裝開發的成功，要求所有的利益相關者都必須在項目一開始時就聚集在一起，為新瓶設計設定目標、功能要求和期望的結果，找出與實現這些目標相關的限制因素或復雜性挑戰。

新的發展如品牌形象、電子商務、可持續性和生活方式等，正在影響著瓶子的設計。消費者需求的快速變化、嚴格的零售和監管要求，都在推動著包裝公司突破瓶子極限。雖然不斷發展的設計工具賦予了設計師們更大的創造力，可以通過形狀、壓花和蝕刻來幫助客戶實現其獨特的品牌形象，但還不止于此。

當一個客戶帶著一個新瓶概念走進一家包裝公司時，有多種關鍵的工程和設計方法在最終的包裝產品交付給客戶之前很久就已被部署好了（如圖1所示）。設計和開發瓶子需要考慮產品的全生命周期，包括它在整個供應鏈中的表現。

圖1有多種關鍵的工程和設計方法在最終的包裝產品交付給客戶之前很久就已被部署好了，無論是設計、性能還是工藝，每個瓶子都有其自身一系列的獨特要求

為確保開發成功，所有的利益相關者必須在項目一開始時就聚集在一起，為新瓶設計設定目標、功能要求和期望的結果，找出與實現這些目標相關的限制因素或復雜性挑戰。這不僅能保證獲得所期望的結果，還允許包裝公司制定工作計劃，簡化生產流程，并提供更可持續、更具成本效益的解決方案。為制造更好的瓶子，設計師和工程師們還必須考慮一些工藝步驟和達到預期結果的共同要素。

制定瓶子設計藍圖

設計一個新瓶，首先要求包括品牌和工程團隊在內的所有利益相關者聚集在一起，舉行一個初始的“發現會議”，以此來獲取有關包裝的所有要求（如圖2所示）。這有助于衡量每個利益相關者對產品的目標, 確定潛在的挑戰性問題，并決定如何在產品開發過程中應對這些挑戰。“發現會議”對于確定真正的需求以及其他可能需要但并非必要的特性特別重要，這有助于權衡優先選項，比如希望對側壁提出更嚴格的要求，或者希望減輕整個瓶子的質量。

圖2 設計瓶子首先要求所有的利益相關者聚集在一起，舉行一個“發現會議”，以了解瓶子的所有要求，包括品牌目標和潛在的挑戰等

包裝公司會引導客戶通過瓶子的生命周期來了解瓶子的要求，然后根據這些要求制定規范。產品的生命周期涉及灌裝生產線，瓶子的輸送、灌裝和封蓋方式，貼標系統以及對最終容器的包裝方式（如箱子或托盤包裝）。此外還要考慮消費者體驗，比如產品將在哪里出售（便利店、自動售貨機），或者，瓶子的哪些“觸點”會影響其功能和表現，以確保提供理想的貨架外觀并滿足消費者的需求。

產品開發工程師負責設定開發規范并確保其符合客戶要求。開發規范包括：對材料和阻隔材料的要求、灌裝工藝類型、包裝性能要求、包裝的尺寸以及如何將產品交付給客戶。

開發規范還允許技術團隊建立已知和未知事項（如在開發過程中需要學習什么），以便研究和改進。整個過程還涉及一系列的審核步驟，這使得團隊成員可以展開合作并分享知識，以滿足利益相關者對最終規范和產品的要求。

規范驅動的瓶子開發各階段

與客戶一起，建立并審核開發規范，這對產品的最終結果至關重要。比如，最近研究的一個項目是帶有側握把手以便于消費者拿起和使用的多功能瓶。在討論規范時，最終提到了如何將瓶子定位在托盤上以交付給客戶，因為讓把手方向與客戶的灌裝和貼標設備保持一致非常重要。

總之，在開發過程的早期而非在灌裝生產線上的試驗過程中就了解到這些需求，能夠節省生產過程中可能產生的額外時間和人力成本。

另一個實例是設計一個熱灌裝包裝。因為是熱灌裝，所以要考慮設計元素（真空板）。傳統方法是，只以包裝在熱灌裝后的表現為重點來優化真空板的設計。當產品冷卻收縮時，容器中會形成一個真空，導致真空板凸起，這可能造成瓶子在客戶的灌裝生產線上不能得到正確操作。

這種情況下，早期制定的符合客戶要求的規范，能夠幫助設計師更好地了解產品全生命周期對包裝和灌裝過程的獨特性能要求，以優化模擬過程和形狀，避免制造商在開發過程的后期因錯誤和延期而付出昂貴的代價。

瓶子開發的5個階段

一旦建立起早期的開發規范，工程團隊就可以開展各階段的開發工作，包括形狀開發、工程設計、原型、驗證和執行。

這5個開發階段會使用眾多的工具和技術，包括設定已知和未知以確保對產品/工藝的優化，以及將開發規范轉化為對生產規范的優化。完成后的規范，就成為整個開發過程的路線圖。

1. 形狀開發滿足客戶需求

該路線圖將指導設計師進行形狀開發，多樣化的客戶要求也將為形狀開發提供幫助，這些要求可能包括：提升購買時的品牌形象；采用更輕或更小的包裝以提高可持續性并降低物流成本，同時又不減少灌裝量。通過數字建模，設計師們可以根據開發規范中的所有要求，創建產品的虛擬3D模型，以便在不同的條件下進行測試（如圖3所示）。該模型還可以揭示為什么一個特定的設計可能對材料的分布比較敏感。

圖3 通過數字建模，設計師們可以根據開發規范中的所有要求，創建產品的虛擬3D模型，以便在不同的條件下進行測試

不同的包裝公司可能會采取不同的方法來開發形狀。實現最佳設計的關鍵在于，要理解設計如何影響生產過程（什么有用，什么沒用），以及設計元素如何影響結構性能。要使融入到瓶子中的特定設計元素是可制造的，設計師首先必須了解吹塑成型技術，同時還要確保滿足客戶對美觀的要求。

2. 將數字建模和模擬用于工程設計階段

確定包裝形狀后，工程師們開始根據規范中設定的期望值來虛擬測試瓶子的性能，包括設計、尺寸和功能要求。設計和模擬工程師需要經歷多個迭代設計循環，才能優化形狀和材料分布，確保獲得期望的性能。

在工程和模擬階段，團隊借助有限元分析來改善形狀和材料分布，并對規范中的尺寸進行限制。吹塑成型技術的進步，賦予了包裝公司更大的自由度來對尺寸進行更精確的控制，從而減少包裝的材料用量。建模和模擬完成后，工程師們將開發用于測試的原型。

3. 開發原型

開發原型包括制造原型模具，生產可以通過實體測試來了解瓶子性能的功能性瓶子樣品。

這些樣品也可以在客戶的灌裝生產線上運行，以測試瓶子的性能，或者根據客戶的生產線需求而進行調整。某些情況下，客戶的生產線是全新的，客戶及其供應商則可以借助這些樣品來微調其設備。一個實體樣品還能在商業化之前向消費者展示他們所期待的產品樣子。

開發原型還可以為模擬過程提供反饋，以改善模擬工具和模擬方法，提高模擬精度, 最終，甚至有可能取消原型開發步驟而僅依靠模擬過程。

4. 驗證并確認符合規格要求的瓶子性能

雖然不同的包裝公司有不同的驗證過程，但通常，都需要在實際生產設備上運行一副鉛模，這可以確保模具工程的正確性，并幫助精細調整吹塑成型設備及生產線。

5. 通過智能工廠提升執行力

成功的執行需要驗證生產線是否完全滿足客戶的要求，運行團隊在優化了工藝設置和標準的操作條件后，就可以進入正常的生產。

隨著一系列快速發展的工業4.0（或物聯網）技術及智能工廠的引入，瓶子開發的最后這一階段會變得更加高效。裝備了物聯網的智能工廠能夠改善生產性能，為包裝生產帶來額外的效率和可持續性。

物聯網技術允許工程師在生產現場監控瓶子的生產而不是在生產出瓶子后再對它們進行檢測 （此時發現問題為時已晚）。物聯網允許檢測某些工藝變量，比如，工程師可以設定工藝限定條件并監測吹塑壓力，知道當壓力降到某個點以下時可能會影響材料的分布。生產過程中，如果發現錯誤還可以實時調整，而不是在生產完成后再調整。總之，這些優化有助于提高生產效率以降低運營成本。

每個瓶子都會帶來新的機會

包裝開發更具挑戰性的一點是，沒有兩個瓶子是一模一樣的。無論是設計、性能或工藝，每個瓶子都有自己一套獨特的要求。縱向市場中可能也存在類似的預期，即客戶會不斷尋求產品的差異化，以期通過包裝帶來賣點，提高銷量。

新的智能技術還有助于縮短從工程設計直到執行的總體時間，確保更快、更順利地轉向生產。由于包裝公司不斷地將更高含量的消費后回收料（PCR）融入瓶子生產之中，同時還要滿足性能標準要求，因此，由智能技術帶來的精確性和可靠性，使得公司能夠在不影響設計、性能或成本的前提下提供可持續的解決方案，特別是從玻璃或鋁制包裝轉向塑料包裝。

隨著技術的不斷進步，產品開發工程師們將深入研究開發流程，了解為特定包裝帶來功能特性的驅動力是什么。吹塑成型技術的進步，使包裝公司能夠跳出瓶子來思考問題，推出新的設計，提供更大的貨架吸引力，同時提高可持續性水平。

總之，想要優化其包裝設計的品牌，在尋找包裝公司時應確認，該公司是否擁有“將創新設計推向市場”的經驗。從概念直到消費者，他們應該充分了解包裝的全生命周期要求，這樣，才能在提高銷售額的同時降低供應鏈成本。