制造更好的瓶子

文/ Graham Packaging公司 Justin Howell，John Hillenbrand

为保证包装开发的成功，要求所有的利益相关者都必须在项目一开始时就聚集在一起，为新瓶设计设定目标、功能要求和期望的结果，找出与实现这些目标相关的限制因素或复杂性挑战。

新的发展如品牌形象、电子商务、可持续性和生活方式等，正在影响着瓶子的设计。消费者需求的快速变化、严格的零售和监管要求，都在推动着包装公司突破瓶子极限。虽然不断发展的设计工具赋予了设计师们更大的创造力，可以通过形状、压花和蚀刻来帮助客户实现其独特的品牌形象，但还不止于此。

当一个客户带着一个新瓶概念走进一家包装公司时，有多种关键的工程和设计方法在最终的包装产品交付给客户之前很久就已被部署好了（如图1所示）。设计和开发瓶子需要考虑产品的全生命周期，包括它在整个供应链中的表现。

图1有多种关键的工程和设计方法在最终的包装产品交付给客户之前很久就已被部署好了，无论是设计、性能还是工艺，每个瓶子都有其自身一系列的独特要求

为确保开发成功，所有的利益相关者必须在项目一开始时就聚集在一起，为新瓶设计设定目标、功能要求和期望的结果，找出与实现这些目标相关的限制因素或复杂性挑战。这不仅能保证获得所期望的结果，还允许包装公司制定工作计划，简化生产流程，并提供更可持续、更具成本效益的解决方案。为制造更好的瓶子，设计师和工程师们还必须考虑一些工艺步骤和达到预期结果的共同要素。

制定瓶子设计蓝图

设计一个新瓶，首先要求包括品牌和工程团队在内的所有利益相关者聚集在一起，举行一个初始的“发现会议”，以此来获取有关包装的所有要求（如图2所示）。这有助于衡量每个利益相关者对产品的目标, 确定潜在的挑战性问题，并决定如何在产品开发过程中应对这些挑战。“发现会议”对于确定真正的需求以及其他可能需要但并非必要的特性特别重要，这有助于权衡优先选项，比如希望对侧壁提出更严格的要求，或者希望减轻整个瓶子的质量。

图2 设计瓶子首先要求所有的利益相关者聚集在一起，举行一个“发现会议”，以了解瓶子的所有要求，包括品牌目标和潜在的挑战等

包装公司会引导客户通过瓶子的生命周期来了解瓶子的要求，然后根据这些要求制定规范。产品的生命周期涉及灌装生产线，瓶子的输送、灌装和封盖方式，贴标系统以及对最终容器的包装方式（如箱子或托盘包装）。此外还要考虑消费者体验，比如产品将在哪里出售（便利店、自动售货机），或者，瓶子的哪些“触点”会影响其功能和表现，以确保提供理想的货架外观并满足消费者的需求。

产品开发工程师负责设定开发规范并确保其符合客户要求。开发规范包括：对材料和阻隔材料的要求、灌装工艺类型、包装性能要求、包装的尺寸以及如何将产品交付给客户。

开发规范还允许技术团队建立已知和未知事项（如在开发过程中需要学习什么），以便研究和改进。整个过程还涉及一系列的审核步骤，这使得团队成员可以展开合作并分享知识，以满足利益相关者对最终规范和产品的要求。

规范驱动的瓶子开发各阶段

与客户一起，建立并审核开发规范，这对产品的最终结果至关重要。比如，最近研究的一个项目是带有侧握把手以便于消费者拿起和使用的多功能瓶。在讨论规范时，最终提到了如何将瓶子定位在托盘上以交付给客户，因为让把手方向与客户的灌装和贴标设备保持一致非常重要。

总之，在开发过程的早期而非在灌装生产线上的试验过程中就了解到这些需求，能够节省生产过程中可能产生的额外时间和人力成本。

另一个实例是设计一个热灌装包装。因为是热灌装，所以要考虑设计元素（真空板）。传统方法是，只以包装在热灌装后的表现为重点来优化真空板的设计。当产品冷却收缩时，容器中会形成一个真空，导致真空板凸起，这可能造成瓶子在客户的灌装生产线上不能得到正确操作。

这种情况下，早期制定的符合客户要求的规范，能够帮助设计师更好地了解产品全生命周期对包装和灌装过程的独特性能要求，以优化模拟过程和形状，避免制造商在开发过程的后期因错误和延期而付出昂贵的代价。

瓶子开发的5个阶段

一旦建立起早期的开发规范，工程团队就可以开展各阶段的开发工作，包括形状开发、工程设计、原型、验证和执行。

这5个开发阶段会使用众多的工具和技术，包括设定已知和未知以确保对产品/工艺的优化，以及将开发规范转化为对生产规范的优化。完成后的规范，就成为整个开发过程的路线图。

1. 形状开发满足客户需求

该路线图将指导设计师进行形状开发，多样化的客户要求也将为形状开发提供帮助，这些要求可能包括：提升购买时的品牌形象；采用更轻或更小的包装以提高可持续性并降低物流成本，同时又不减少灌装量。通过数字建模，设计师们可以根据开发规范中的所有要求，创建产品的虚拟3D模型，以便在不同的条件下进行测试（如图3所示）。该模型还可以揭示为什么一个特定的设计可能对材料的分布比较敏感。

图3 通过数字建模，设计师们可以根据开发规范中的所有要求，创建产品的虚拟3D模型，以便在不同的条件下进行测试

不同的包装公司可能会采取不同的方法来开发形状。实现最佳设计的关键在于，要理解设计如何影响生产过程（什么有用，什么没用），以及设计元素如何影响结构性能。要使融入到瓶子中的特定设计元素是可制造的，设计师首先必须了解吹塑成型技术，同时还要确保满足客户对美观的要求。

2. 将数字建模和模拟用于工程设计阶段

确定包装形状后，工程师们开始根据规范中设定的期望值来虚拟测试瓶子的性能，包括设计、尺寸和功能要求。设计和模拟工程师需要经历多个迭代设计循环，才能优化形状和材料分布，确保获得期望的性能。

在工程和模拟阶段，团队借助有限元分析来改善形状和材料分布，并对规范中的尺寸进行限制。吹塑成型技术的进步，赋予了包装公司更大的自由度来对尺寸进行更精确的控制，从而减少包装的材料用量。建模和模拟完成后，工程师们将开发用于测试的原型。

3. 开发原型

开发原型包括制造原型模具，生产可以通过实体测试来了解瓶子性能的功能性瓶子样品。

这些样品也可以在客户的灌装生产线上运行，以测试瓶子的性能，或者根据客户的生产线需求而进行调整。某些情况下，客户的生产线是全新的，客户及其供应商则可以借助这些样品来微调其设备。一个实体样品还能在商业化之前向消费者展示他们所期待的产品样子。

开发原型还可以为模拟过程提供反馈，以改善模拟工具和模拟方法，提高模拟精度, 最终，甚至有可能取消原型开发步骤而仅依靠模拟过程。

4. 验证并确认符合规格要求的瓶子性能

虽然不同的包装公司有不同的验证过程，但通常，都需要在实际生产设备上运行一副铅模，这可以确保模具工程的正确性，并帮助精细调整吹塑成型设备及生产线。

5. 通过智能工厂提升执行力

成功的执行需要验证生产线是否完全满足客户的要求，运行团队在优化了工艺设置和标准的操作条件后，就可以进入正常的生产。

随着一系列快速发展的工业4.0（或物联网）技术及智能工厂的引入，瓶子开发的最后这一阶段会变得更加高效。装备了物联网的智能工厂能够改善生产性能，为包装生产带来额外的效率和可持续性。

物联网技术允许工程师在生产现场监控瓶子的生产而不是在生产出瓶子后再对它们进行检测 （此时发现问题为时已晚）。物联网允许检测某些工艺变量，比如，工程师可以设定工艺限定条件并监测吹塑压力，知道当压力降到某个点以下时可能会影响材料的分布。生产过程中，如果发现错误还可以实时调整，而不是在生产完成后再调整。总之，这些优化有助于提高生产效率以降低运营成本。

每个瓶子都会带来新的机会

包装开发更具挑战性的一点是，没有两个瓶子是一模一样的。无论是设计、性能或工艺，每个瓶子都有自己一套独特的要求。纵向市场中可能也存在类似的预期，即客户会不断寻求产品的差异化，以期通过包装带来卖点，提高销量。

新的智能技术还有助于缩短从工程设计直到执行的总体时间，确保更快、更顺利地转向生产。由于包装公司不断地将更高含量的消费后回收料（PCR）融入瓶子生产之中，同时还要满足性能标准要求，因此，由智能技术带来的精确性和可靠性，使得公司能够在不影响设计、性能或成本的前提下提供可持续的解决方案，特别是从玻璃或铝制包装转向塑料包装。

随着技术的不断进步，产品开发工程师们将深入研究开发流程，了解为特定包装带来功能特性的驱动力是什么。吹塑成型技术的进步，使包装公司能够跳出瓶子来思考问题，推出新的设计，提供更大的货架吸引力，同时提高可持续性水平。

总之，想要优化其包装设计的品牌，在寻找包装公司时应确认，该公司是否拥有“将创新设计推向市场”的经验。从概念直到消费者，他们应该充分了解包装的全生命周期要求，这样，才能在提高销售额的同时降低供应链成本。