Ambalaj Üretiminde Dijitalleşme
Dijitalleşme Sürecinin Ambalaj Üretiminde Kalite Süreçlerini ve Verimliliği Yeniden Şekillendirilmesi
Özet
Ambalaj üretiminde, üretim ve kalite süreçlerinde verimliliği artırmak, maliyetleri azaltmak ve proses kontrollerinin kayıt altına alınmasını sağlamak amacı ile ekstrüder makinelerine adapte edilen sensör, switch ve fotosel gibi devre elemanları ile anlık üretimde 0 -1 bitlik düzeyde dijital veriler alarak, alarm sistemi ve veri toplama kayıt sistemi ile dijital dönüşümü gerçekleştirmek amaçlanmıştır. Projenin amaçları, gereklilikleri, ihtiyaçları, gerçekleşmesi ve değerlendirilmesi proje kapsamında anlatılmaya çalışılmıştır.
Önsöz
Endüstri 4.0 ile endüstriyel sektörlerin dijitalleşmesi yaygınlaşmıştır. Plastik ambalaj sektörü de bu doğrultuda dijital verilerin alınması, okunması, büyük veri ile veri yönetimi ve analizleri ile verimlilik ve maliyetleri azaltmada fayda sağlayacaktır.
Bu çalışmada büyük veri ve analitiğinin farkındalığını artırmak ve ülkemizde ambalaj sektöründeki üretim ve kalite uygulamalarının dijitalleşmesi amaçlanmıştır. Söz konusu dijitalleşmenin etkin bir şekilde uygulanması sayesinde, üretim ve kalite yönetiminde verimlilik artışının, ekonomik büyümede bir katalizör görevi göreceği, bu dönüşümü gerçekleştirmekte başarısız olan veya geç kalan işletmelerin ise küresel ekonomi ile rekabet etmesinin güçleşeceği ön görülmektedir.
Bil Plastik Ambalaj ve Plastik AŞ. olarak üretim prosesi ve kalite süreçlerinde 50 yıllık bilgi birikimine dijitalleşme sürecini dahil ederek maliyetlerini azaltmak, sektöre yön vermek ve rakipleri ile rekabet boyutunda güçlü olmaya devam etmeyi amaçlamaktadır.
1. Giriş
İnsanlık tarihinde ilk ambalajın insan vücudundaki organları koruyan ve taşıyan deri olduğu düşünülürse, insanlık tarihinden sonra günümüze kadar gelen diğer en eski ambalaj malzemelerinin tarihi 4500 yıl öncesine kadar dayanmaktadır. Günümüz ambalajlamalarından plastik ambalaj ise 1939-1945 yılları sonrasında kullanılmaya başlanmıştır. Dijitalleşme ise her türlü bilginin 0 ve 1’lerden oluşan bit diline dönüştürülmesidir.
Ambalaj üretimi ve dijitalleşmenin birbiri ile kesişmesi ihtiyacını bu projede konu alarak, dijitalleşme sürecinin esnek ambalaj üretiminde kalite süreçlerini ve verimliliği yeniden şekillenmesini konu alacağız.
2. Plastik Ambalaj Tarihçesi
İlk yapay plastik 1838 yılında Alexander Parker tarafından hazırlanarak, 1862 yılında Londra'daki Büyük Uluslararası Fuarda sergilenmiştir. Bu plastiğin, fildişi gibi doğal malzemelerin yerini alması planlanmış ve "parkesin” olarak isimlendirilmiştir. 1840 yılında Charles Goodyear ve Thomas Hancock yapışkanlık özelliğini ortadan kaldıran ve doğal kauçuğa elastiklik özelliğini katan bir prosedür geliştirmiştir. 1851 yılında sert kauçuk ya da bilinen adıyla "ebonit” ticari hale gelmiştir. 1870 yılında New Yorklu John Wesley Hyatt'a yüksek sıcaklıkta ve basınçla üretilen düşük nitrat içerikli "selüloit” için patent verilmiştir. Bu buluş, piyasaya sürülen ilk plastiktir ve 1907 yılında Leo Hendrik Baekeland tarafından "Bakelite” üretilene kadar da tek plastik olarak kalmıştır.
Plastiklerin tam olarak ne oldukları 1920 yılında Hermann Staudinger'in devrim niteliğinde bir fikir öne sürmesine kadar bilinmiyordu. Tüm plastikler, kauçuk ve selüloz gibi malzemelerin polimer veya makro molekül olduklarını öne sürmüştür. Bu varsayım başlangıçta birçok bilim adamı tarafından kolayca kabul edilmemekle beraber, Staudinger bu fikirle 1953 yılında Nobel ödülü de almıştır. Plastik ambalaj 1950'li yıllardan sonra yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. 1970'li yılların sonunda plastik ambalaj sektörü büyümeye başlamıştır.
3.Dijitalleşme Tarihçesi
Dijitaleşmenin 0 ve 1’lerden oluşan ikili bir sistemi ilk defa Gottfried Wilhelm Leibniz tarafından 1679 yılında ortaya atılmıştır. 1703 yılında yayımlanan Explanation of Binary Arithmetic adlı eserinde kapsamlı ve detaylı bir şekilde açıklanmıştır.
1950‘li yıllarda bir oda büyüklüğünde olan ve askeri amaçla tasarlanan Eniac adlı bilgisayar ile başlayan süreç, yine ABD ordularının iletişimini sağlamak amacıyla kurulan 1980‘li yıllardan sonra Apranet internet bağlantısı ile sürdürülmüş ve bireysel kullanıma da açılan internetle birlikte dijitaleşmenin temelleri atılmıştır.
2000’li yıllarla birlikte bu süreç önemli bir ivme kazanarak fiber bağlantı hızı ve bu bağlantıyı sağlayacak daha etkin donanıma sahip bilgisayar, tablet ve akıllı cep telefonlarıyla birlikte toplumsal hayatın hemen hemen tüm kurumları ve bu kuramların pratiklerinde kendisini göstermeye başlamıştır.
4.Diğer Tanımlar
Endüstri 4.0, 2000’li yıllarla birlikte; internet, yapay zekâ ve robot teknolojisinin daha da gelişmesi, 3D yazıcılar, nesnelerin interneti ve akıllı fabrika sistemi, sürücüsüz arabalar gibi yeni buluşlar üretim yapısını tamamıyla değiştirmektedir. Bu süreç 4. Sanayi Devrimi (Endüstri 4.0) olarak nitelendirilmektedir.
4.1 Dijitalleşme (Sayısallaştırma)
Analog bilgiyi alıp kodlama yardımıyla siber ortamlarda kullanabilir hale getirmektir. Siber-fiziksel sistemler (sensör vb.) yardımı ile fiziksel aktivitelerin sanal bilgi işlem dünyasına bağlanması dijital dönüşümün temellerini atmıştır.
4.2 Dijitalleştirme
Dijitalleşme (sayısallaştırma) ile yakından alakalıdır fakat aynı şey değildir. Dijitalleştirme, Dijitalleşme ile siber ortamlara aktarılan bilginin işlenmesi ve faydalı çıktılara dönüştürülmesi sürecinde teknolojinin kullanımını arttıran ve geliştiren sistemsel bir yolculuktur. Dijitalleştirme bir iş modelini değiştirmek ve katma değer üretme fırsatları sağlamak için dijital teknolojilerin kullanılmasıyla iş modellerini geliştirmek olarak da açıklanabilir. Dijitalleşmede bilginin sayısallaştırılması söz konusudur. Dijitalleştirme ise, sayısallaştırılmış veri ve süreçlerden yararlanarak, iş modellerini geliştirerek müşteri deneyimini iyileştiren sistemleri oluşturmaktır.
4.3 Dijital Dönüşüm
Dijitalleşme ve Dijitalleştirme kavramlarını inceledikten sonra yine bunlardan bağımsız olmayan fakat daha kapsayıcı olan Dijital Dönüşüm kavramını ele alabiliriz. Daha kapsayıcı olması, stratejik konuları hedef alması ve iş modellerini yeniden tasarlamaya çalışmasından dolayıdır.
Dijital Dönüşüm, hızla gelişen bilgi ve iletişim teknolojilerinin sunduğu imkânlar ve değişen toplumsal ihtiyaçlar doğrultusunda, organizasyonların daha etkin, verimli hizmet vermek ve müşteri memnuniyeti sağlamak üzere insan, iş süreçleri ve teknoloji unsurlarında gerçekleştirdiği bütüncül dönüşümü olarak tanımlanabilir.
5.Dijitalleşme ve Kalite Süreçleri
Plastik esnek ambalaj ile üretilen ürünler;
•Takviyeli el geçme poşeti,
•Yumuşak saplı poşet,
•Atlet poşet, kargo poşeti
•Pelet torbası, sanayi tipi çöp torbası, taşıma torbaları,
•Rulo, shrink
•Bantlı veya bantsız torba,
•Piliç torbası, CPP & OPP torba,
•Streç ve ikaz bandı gibi ürünlerdir.
Bu ürünler; başta otomotiv, alışveriş, gıda, tarım, imalat, kimya, beyaz eşya, sağlık, eğitim, hizmet ve enerji olmak üzere tüm sektörlerde ambalaj olarak kullanılmaktadır. Gerek üretilen ürünlerin, gerekse hizmet öncesi sonrası süreçlerde ambalaj, proseslerin sonunda son işlem iken proses başlangıçlarında ilk işlem olarak kullanılmaktadır.
Ambalaj üretimi de bir imalat sanayi işletmelerinde bir dizi proseslerden geçerek üretilmektedir. Bu prosesler başlıca, ekstrüzyon, grafik tasarım, flekso baskı, laminasyon, dilimleme, torba kesim, ambalajlama, depo ve geri dönüşümdür.
Ürünün bitmiş ürün olarak müşteriye gitmesi tüm proseslerden geçmesi ile gerçekleşmektedir. Burada ise ilk proses olan ekstrüzyon üretimindeki ürün üzerindeki bir hata tüm proseslerde çeşitli fire, duruş, setup, rework, işçilik gibi bir çok kayıp maliyet oluşturmaktadır.
Bir ürünü veya hizmeti üretip onun satışını kâr maksimizasyonu sağlayacak şekilde gerçekleştirmek ve sürdürülebilir kılmak, küreselleşen dünyada ve ülkemizde rekabet ortamının her yıl giderek zorlaşması ile işletmeleri maliyet azaltma ve kontrol çalışmalarına yöneltmiştir.
Bu süreçte firmaların en öncelikli gündem maddesi olan sahip oldukları bilginin kullanımı, üretim verimliliklerinin izlenebilirliği ve anlık verinin değerlendirilip aksiyona dönüşmesinin sağlanmasıdır. Rekabet edebilmenin üç temel unsuru olan; Kalite, Maliyet, Zaman unsurlarının iyileştirilmesi tüm işletme ve tüm proseslerde ihtiyaç haline gelmektedir.
Bu nedenle firmalar; Verimliliklerini en üst seviyeye çıkaracak, Hatalı üretim maliyetlerini azaltacak, Müşterisine hızlı ve doğru ürün ulaştıracak, Üretim sürecini ve yönetim kararlarını hızlandıracak sistemlere ihtiyaç duymaktadırlar.
Ambalaj üretimi ekstrüder prosesinde balonlu üretim ile akan bir proses olması, kalite kontrollerinin proses kapsamında boş masura üzerine sarılan ve ortalama 200-300 kg olan bobinler makineden alındığı sırada ölçülmesi ile frekansiyel zaman aralığının 2-4 saat aralığı ile gerçekleştiği görülmektedir.
Burada makineden alınan bir top bobin üzerinden kesilen birim metrekarelik torba numunesi ile ölçü, mikron kalınlığı, renk gibi frekansiyel kontroller yapılmaktadır. Bu 1 metrekarelik numune kontrolü sonrasında ürünün tüm tolerans değerleri arasında ölçülmesi durumunda yaklaşık 200-300 kg’lık bir top bobin için OK değerlendirmesi yapılmaktadır. Tersi durumda yine 1 metre karelik numune kontrolü sonrasında ürününün herhangi bir değeri tolerans dışı değer ölçülmesi durumunda yaklaşık 200-300 kg’lık bir top bobin için NOT OK değerlendirilmesi yapılmaktadır.
Her iki durumda da ürünün tümü için gerçek bir değerlendirme yapılamayıp, kesit kontrolü ile varsayımsal çıkarım ve değerlendirmeler ile proses devam etmektedir. Bu durumda bir top bobinin içinde farklı noktalardaki ürün hatalı iken OK veya doğru ürün iken NOT OK şeklinde değerlendirilmektedir.
Üretimde anlık oluşan problemlerin akan üretimde düzeltilmesi ile bobinden bu zamanda oluşan uygun olmayan ürünün ayıklaması yapılamamaktadır. Balonun sönmesi veya renkte açılma koyulaşma bunlara örnek olarak verilebilmektedir.
Üretimde anlık oluşan problemler sonrası müdahale sırasında veya üretimin kendi akışında balonun çeşitli ısı, ham madde ve arıza kaynaklı kopması ile yeniden üretime geçmesi adam saat olarak zamansal verimsizlik ve ekstra işçilik doğurmaktadır.
Üretimde anlık oluşan duruşlar sonrası firelerin yüksek miktarlarda olması ve geri dönüşümlerinde enerji tüketimi ve işçilik oluşturmaktadır. Makine boyutu ile doğru orantılı olan fire miktarında makineyi duruş sonrası devreye almak yaklaşık 30 – 40 metre fire çıkarmaktadır. İşçilik anlamında ekstrüder makinesinin devreye alınması kompakt bir ekip işçiliği ile min. 3 personel ve 20 dk’lık zaman ihtiyacı doğurmaktadır.
Makineyi devreye alma öncesi yani balonun kopma sonrasında, makinede çalışan merdaneli sistemlerden kopan ürün hızlıca sarma işlemi ile devam etmektedir. Bu durum da;
•Ürünün tekrardan kaçan merdanelerden tekrar geçirilmesi,
•Kopan ürünün tüm merdane sisteminden akıp gitmesi ve oluşan fire
•İlk ürünün ölçüsel uygunsuzluk sonrası aynı miktarda 2’inci bir fire oluşumu
•İş adam sayısında ihtiyacın artması
•Fire ve duruş süresi olarak makine büyüklüğüne göre farklı değerlerde kayıpların oluşması
•Hatalı ürünün diğer proseslere ve müşteriye gönderilme, fire ve iade gibi riskler
•Makinenin kopan balon sonrasında, ocaktan devamlı eriyik malzeme gelmesi ile takoz oluşumuna sebebiyet vermesi ve makine üretim yapmadığı halde enerji tüketmesidir.
•Kopan balon sonrasında makinenin tekrar üretime verilmesi min. 3 kişi ile min. 20 dk gibi bir süre sürmektedir.
•Ocak içinde ham maddenin bekletilmemesi için hızlıca balonun kaldırılması gerekmektedir ki ocak içinde bekleyen ham madde yanma sürecine girmektedir.
•Balon kopma sebebi tespit aşamasında tekrar tekrar kopması süreçteki kayıp zamanı artırmaktadır.
Ürün kalınlığının mikron değeri; Üründe her noktada aynı olması gerekmektedir fakat;
•Ham madde,
•Makine,
•Ortam ve proseste ki anlık değişkenliklerden,
•Kafa ayarının ham madde ürün grubuna göre ayarlanması,
•Döner kafa ve kule hızları ile mikron dağılımının eşitlenmesi,
•Hava ile kaldırılıp dengelenen ve çekici merdane ile çekilen balonun tüm bu ayarları birbirine konfirme olarak yapılmaktadır.
•Anlık kontrol sarı tekniği seri üretiminde mevcut makine üzerinden yapılamamaktadır ve mikron kontrolü sonrasında hatalı kalınlıkta üretilen 100-300 kg üretim fire olabilmektedir.
•Aynı ürün olmalarına rağmen torba üzerindeki çeşitli noktalarda mikron kalınlığının aynı olmadığı görülmektedir.
Bu şekilde mikron dağılımı uygun olmayan ürünlerde;
•Bobindeki kalınlık dağılımı baskı ve kesimde merdanelerde ürünün gerginliğini etkilemekte baskı sarımında boşluklar oluşturmaktadır.
•Böyle bir topun kesim bölümündeki üretimi yine gergi kaynaklı fire ve duruş zamanları artmaktadır.
•Ürün adet – kg anlamında etiket üzerinde adet ve kg olarak doğrulama elde edilememektedir.
Korona cihazının yetersiz akım vermesi, açılmaması, kapalı kalması gibi herhangi bir sebepten ambalaj üretiminde devreye girmemesi ile aşağıdaki kalite hataları kaçınılmazdır.
•Proseste, baskının yüzeyde kalıcılığı için çekim prosesinde akan ürüne verilen statik elektrik işlemi baskı için önem arz etmektedir.
•Statik elektrik akımı yetersizliği veya statik bar üzerindeki oluşacak kaçaklar ürün üzerinde baskı tutmama ve boya akma problemlerini yaşatmaktadır.
•Baskı prosesinde baskının yüzeyde kalıcı olması için (korona) statik elektrik verilen ürünlerde, koronalı yüzey için kontrol tekniği olan korona kalemi ile işaretlemede mürekkep yüzeyde durmaktadır.
•Koronasız yüzey için ise kalem ile işaretlemede yüzeyde durmamaktadır.
Koronasız veya yeterli korona verilmediğinde baskı resimlerde görülen boya akması problemleri ile ürünler iade ve fire olmaktadır. Burada korona cihazına takılacak enerji analizörü ile akım değeri bir tolerans içinde değerlendirilip, tolerans dışına çıkması ile alarm sistemi devreye girecek ve veri kayıtlarına 0-1 bitlerde dijital kayıtlar oluşturacaktır.
Üretimde ilk proses olan ekstrüder prosesinde oluşan hatalı üretimler yukarıdaki konulardan dolayı yakalanamadığından diğer flekso baskı ve torba kesim proseslerinde fire oluşumlarına sebebiyet vermektedir. Ölçü daralması, genişlemesi, zemin rengi farklılıkları, kalınlık mikron hataları, kırışıklık gibi kalite hataları ile ürünün kopuk gelmesi gibi hatalar yaşanmaktadır. Diğer bölümlerde oluşan bu kalite hatalarının yakalanması ve doğru üretimin devam etmesi için yine bu bölümlerde de duruş, fire ve fire için geçen zaman oluşumlarına sebebiyet vermektedir.
Bu durum diğer tüm proseslerde fire, verimsizlik, kalite, işçilik, zaman kaybı, enerji sarfiyatı ile müşteri hata bildirimi veya iadesi gibi süreçleri yaşatmaktadır. Bunlar da işletmeye maliyet ve kalite ile sürdürülebilir bir işletme olmasını ve kârlılığı zorlaştırmaktadır.
Bu projedeki verimsizliklerin tüm ambalaj sektöründe gerçekleşiyor olması, işletmelerin mevcut makine ekipmanlarının 10-15 yıllık eski teknolojilere sahip olması, bu teknolojilere sahip makinelerin yurt dışı menşeili ile Dolar ve Euro bazında yüksek maliyetlerde olması ile ve döviz kazanımlarımızı ülke içerisinde tutmak istenmesi bizi mevcut proseslerimizi anlık kontroller ile üretim yaptırmamızı sağlamamız gerekmektedir.
Projedeki dijitalleşme ile prosesteki manuel yapılan kalite kontrol süreçlerini dijital ortama atarak, anlık veri toplama sistemi, alarm ve raporlamalar hedeflenmektedir.
Bil Plastik Ambalaj Sanayi ve Ticaret A.Ş bünyesinde gerçekleştirdiğim bu proje ile ilgili firmanın mevcut durumda ambalaj üretiminde, makinelerin kendi otomasyon sisteminde bulunan sürücü ve plc yazılımları ile imalat gerçekleştirmektedir. Buradaki teknoloji ile genel anlamda ana motor hızı, mil kovan ısı ayarları, merdane hızları gibi ana hatların ayarlamaları yapılabilmektedir. Proses kayıplarını azaltmak için firmamız kendisine ait mevcut üretim hatlarının dijital dönüşüm sürecinin esnek ambalaj üretiminde kalite süreçlerini ve verimliliği yeniden şekillendirmesi amaçlanmıştır.
Diğer değişle buradaki çalışma ile plastik çekim makinelerin anlık olarak ürün hareketlerini ölçerek, hatalı operasyon yapmaması için gerekli olan; Mikron ölçer, Renk ölçer, Varlık- yokluk ölçer, Mesafe ölçer gibi akıllı sensörlerle donatarak ambalaj imalatı esnasındaki Fire, Duruş, İşçilik gibi kayıplar ve verimsizlikler için hata önleyici faaliyetler ile dijital ortamda 0-1 bitlerinde raporlar alıp, bunları anlık aksiyonlara dönüştürerek önüne geçilmesi amaçlanmaktadır.
Bu sayede satın alınacak sistem içerisinde bulunacak dijital araçlar (sensör, switch, transdüser, vb.) yardımıyla ambalaj malzemesi üretiminde kalite ve standartlarını geliştirerek, daha verimli bir imalat hattı tesis etmeyi amaçlamaktadır.
Kaynaklar
[ 1 ] https://ambalaj.org.tr/tr/ambalaj-ve-cevre-ambalajin-tarihcesi
[ 2 ] DİJİTAL KÜLTÜR VE SOSYAL MEDYA Doç. Dr. Ahmet TARHAN
https://adm.ataaof.edu.tr/pdf.aspx?du=u4dfm8jMqE1ZN6%206Xh4fcw==
[ 3 ] Fahri Bilal Yankın, 2019. Dijital Dönüşüm Sürecinde Çalışma Yaşamı. Trakya Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi E-Dergi Cilt:7 Sayı:2 (1-38)
Not: Bu bilimsel araştırma yazısı Akın Ocakdan tarafından Prof. Dr. Başak Aydem Çiftçioğlu danışmanlığında Bursa Uludağ Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Yönetim ve Organizasyon Anabilim Dalı bölümüne Yüksek Lisans tezi olarak sunulmuştur. Makalenin ikinci bölümü Plastik & Ambalaj Teknolojisi Dergisi Mart 2024 sayısında yayınlanacaktır.
