Quadient op weg naar top met verbeterde inpakmachine

Na de succesvolle lancering van de CVP Impack een paar jaar geleden sleutelde Quadient onverdroten verder aan de technologie voor zijn geautomatiseerde inpakmachines. Veel modules konden de engineers uit Drachten hergebruiken, maar door enkele aanpassingen en een paar slimme innovaties ligt de inpaksnelheid van de nieuwe CVP Everest met meer dan duizend pakketjes per uur ruim twee keer zo hoog.

Alexander Pil
4 november

Een paar jaar geleden startte Quadient (voorheen Neopost) met een nieuwe businesslijn. Het Franse bedrijf, met een grote ontwikkel- en productiesite in Drachten, is gespecialiseerd in zogeheten couverteersystemen. Dat zijn machines die in sneltreinvaart enveloppen vullen. Met het alsmaar groeiende aandeel digitale communicatie is dat een afnemende markt. ‘Hoewel we er zeker nog twintig jaar mee vooruit kunnen, hoor’, verzekert Melle Jonker, systeemarchitect bij Quadient. Naast die corebusiness ging het bedrijf op zoek naar andere terreinen binnen de postmarkt waar het zich met zijn r&d-activiteiten kan onderscheiden.

In 2013 mondde die zoektocht uit in de CVP Impack, een machine die op maat gesneden karton nauwkeurig om een bestelling vouwt. Met het systeem pakte Quadient de frustratie van zijn eigen engineers aan dat hun internetbestellingen in een veel te grote doos werden afgeleverd. Ervaringen bij launching customer Ingram Micro, dat voor onder meer Bol.com de verpakking en verzending van veel pakketjes verzorgt, lieten zien dat de CVP Impack tot vijftien keer sneller goederen inpakt dan je met de hand kunt doen en de volumebesparing vijftig procent bedraagt. Dat maakt de machine financieel erg aantrekkelijk; inmiddels staan er CVP Impacks in meer dan tien landen.

Er was echter geen tijd om vergenoegd achterover te leunen. ‘We zagen dat onze grootste concurrent ons inhaalde voor wat betreft de snelheid’, vertelt Jonker. ‘En er kwamen wat kleinere spelers aan die nog niet op het goede niveau zitten, maar er wel tegenaan schurken.’

Kleinere pakketjes

In 2017 startte Quadient met de ontwikkeling van de CVP Everest. De grote broer van de CVP Impack kreeg twee belangrijke eisen mee: de snelheid moest ruim worden verdubbeld naar duizend pakketjes per uur, en het systeem moest geschikt zijn voor kleinere verzendingen. ‘Ook dat laatste was een belangrijk aandachtspunt’, aldus Jonker, die samen met Fokke de Boer de technische projectleiding van de Everest vormde. De CVP Impack kan dozen tot tien centimeter hoogte verwerken. Uit de markt kreeg Quadient signalen dat het kleiner moest. Onder meer door extra rollertjes in het systeem op te nemen, en daarmee onderlinge afstanden te verkleinen, zijn de engineers uit Drachten erin geslaagd om de Everest geschikt te maken voor producten tot vijf centimeter. Nog kleiner hoeft niet omdat die bestellingen vaak gewoon door de brievenbus passen.

 advertorial 

Webinar: waarom is multifysica zo belangrijk voor productontwerp?

Op 1 december 2020 (15:00 tot 16:00 uur) organiseert Mechatronica&Machinebouw een gratis webinar. Paul Salden (COMSOL) leert u hoe u producten en processen kunt simuleren met behulp van COMSOL Multiphysics. Aan de hand van praktijkvoorbeelden laat hij zien hoe succesvolle productontwikkeling gedreven wordt door realistische simulaties. Meld u nu aan.

De dozen worden nauwkeurig op maat gesneden en om de bestelling gevouwen. Eerst in een tray, later komt er een deksel op.

Medio vorig jaar introduceerde Quadient de Everest, met een pieksnelheid van elfhonderd pakketjes per uur. ‘Dat tempo is alleen nodig tijdens topdrukte’, zegt Jonker. Bij het Franse e-commercebedrijf Cdiscount staat het eerste exemplaar. ‘Soms draaien die op de maximale snelheid, maar er zijn ook momenten dat er slechts één operator nodig is om de stroom te verwerken.’ Sowieso is dat onderdeel van het proces de echte bottleneck. ‘Duizend pakketjes per uur betekent immers dat de operators elke 3,6 seconden een nieuwe verzending moeten invoeren’, rekent Jonker voor. ‘Je kunt je voorstellen dat dat uitdagend is.’ Logischerwijs denkt Quadient achter de schermen al na over een geautomatiseerde oplossing voor dit probleem.

Voorlopig houdt Quadient het op een dual stage-invoer. Bij de Everest – en inmiddels ook bij de Impack – kunnen twee operators tegelijk producten op een band leggen en de machine vullen. Tussen die twee aanvoerkanalen switcht een band heen en weer om de producten op te halen. ‘Je moet daar goed op de snelheid letten want als je te hard van links naar rechts schiet, vallen productstapels geheid om’, waarschuwt Jonker. ‘We hebben er daarom voor gekozen om de band extra breed te maken. Bij verreweg het grootste deel van de gevallen kun je een nieuw product op de band trekken terwijl de vorige net de machinelijn in schuift.’ Om de output van duizend pakketten per uur te halen, hebben de beide operators nu twee keer zo veel tijd gekregen om een nieuwe verzending op de band te leggen, namelijk 7,2 seconden.

Een ander onderscheidend kenmerk is dat Quadient zorgdraagt voor een soepele overgang van het gesneden, platte karton dat van onder uit de machine komt en de aanvoer van de producten. ‘We doen dat met een mesovergang, een heel dunne roller, waardoor het product minder dan vijf millimeter valt’, legt Jonker uit. ‘Het uitgangspunt in het design was dat we een fles wijn rechtop over de band zouden kunnen laten lopen en dat die niet zou omvallen. Dat lukt vrijwel altijd. Ook voor een stapel producten is dat natuurlijk interessant. Die mag bij die overgang niet instorten.’

Hergebruik

Om de nieuwe machine snel op de markt te krijgen, hergebruikte Quadient voor de Everest grote delen uit de CVP Impack. ‘De 3d-scanner, de buffer, de conveyor en de kartonaanvoertracks hebben we gekopieerd’, vertelt Jonker. ‘Die kunnen we dus in grotere aantallen, dus efficiënter, produceren.’ Ook de vouwunit is grotendeels hergebruikt, hoewel hij wel een stukje sneller is. ‘Het compromis dat we hebben gemaakt, is dat de Everest een grotere footprint heeft dan de CVP Impack. Dat was het gevolg van onze focus op hergebruik en time-to-market’, legt Jonker uit.

Uiteraard zijn er ook grote verschillen. Het meest opvallende is dat de doos in tweeën is gedeeld. De CVP Impack vouwt een lange strook karton om de verzending, maar de Everest maakt eerst alleen de onderste tray en voegt er later een deksel aan toe. Het voordeel is dat de plano’s beduidend kleiner zijn en dat de delen in parallel kunnen worden gemaakt.

De bottleneck in de stroom blijft de invoer van alle bestellingen. Quadient heeft de druk op de operators verlaagd met een dual stage-invoerstation.

De ontkoppeling van de twee vouwstappen biedt ook commercieel interessante mogelijkheden. In de overgang van de ene naar de andere lijn kun je immers prima een station inbouwen om wat aan de bestelling toe te voegen. Denk aan een rekening, een brochure of zelfs een gadget. Ook geeft het gebruikers meer vrijheid in hoe ze de machine opstellen in hun productielijn.

Voor de kop die de deksel vouwt, riep Quadient de hulp in van de Duitse specialist Bedo Verpackungstechnik. Het deksel bestaat uit een kartonnen kruis waarvan de flappen aan de onderkant worden voorzien van lijm waarna ze om het onderste deel van de doos worden gevouwen. ‘De grootste uitdaging is om te bepalen waar je moet drukken om voor een goede hechting te zorgen’, heeft Jonker ervaren. ‘Bedo heeft de koppen ontwikkeld op basis van onze requirements. Om de snelheid hoog genoeg te houden, is elke Everest-machine uitgerust met twee van die koppen, die om en om een deksel plaatsen.’

Lijmen

Quadient gebruikt in de Everest geen tape, alleen nog lijm. ‘Tape kun je slechts met een beperkte snelheid afrollen’, weet Jonker. ‘Omdat we nu dus twee delen apart van elkaar maken, zouden we anders twee keer die bottleneck hebben gehad.’

Lijm dus, maar daar hadden de engineers bij Quadient nog geen ervaring mee. ‘Door veel te experimenteren, hebben we die kennis opgebouwd’, vertelt Jonker. De ontwikkelaars hebben heel wat lijmsoorten geprobeerd om te kijken welke het beste resultaat geeft. ‘Als je duizend dozen per uur wilt dichtplakken, heb je maar een paar seconden om de lijm aan te brengen en dan moet het vast zitten. Je wilt voorkomen dat je de doos nog een tijdje moet vasthouden tot de lijm voldoende hecht.’ Met hulp van externe partners en specialisten heeft Quadient de juiste lijm en aanbrengmethode gevonden. ‘Het levert een mooie, stevige doos op. Voor de zekerheid zetten we geplakte dozen nog wel even in een rekje om wat extra afkoeltijd te winnen.’

Quadient gebruikt in de Everest geen tape, alleen lijm. Zo kan het de snelheid verhogen.

Bijkomend voordeel van lijm is dat het on-the-fly kan worden bijgevuld. Ook voor een nieuwe pallet karton hoeft de machine niet te worden stilgezet. Quadient heeft een labelprinter gekozen met een capaciteit van vierduizend labels. ‘Op de maximale snelheid kun je daar dus vier uur mee vooruit. Omdat gebruikers zelden zo lang zo veel producten verwerken, is dat prima’, aldus Jonker.

Branding

Nieuw voor de Everest is dat gebruikers de machine met drie verschillende kartonbreedtes kunnen voeren. Dat is een direct gevolg van de keuze om kleinere producten op de machine toe te laten. Bij een standaard kartonbreedte zou dat immers meer kartonafval opleveren, en daarmee een van de belangrijkste winstpunten van de inpakmachine tenietdoen. In de Everest heeft de software dus de keuze voor een smalle strook bij kleine producten, een standaard strook voor het grootste deel van de stroom en een brede voor de grotere pakketten.

Aan deze verbetering zit ook weer een commerciële kant. Een bedrijf als Ingram Micro verpakt verzendingen voor meerdere klanten. Ze kunnen de verschillende invoerkanalen dus ook inzetten voor branding. Op de ene track karton voor Bol.com, op de tweede voor De Bijenkorf en op de derde voor HP. Die optie is zo interessant dat Quadient deze module inmiddels ook aanbiedt bij de CVP Impack.

Eigen visualisator

Voor de aandrijftechnologie is Quadient overgestapt op producten van Beckhoff ‘omdat de leverancier die we eerst hadden achter begon te lopen’, verklaart Jonker. ‘Beckhoff heeft een prima ontwikkelomgeving en we konden alle vijfentachtig servomotoren aan één plc hangen.’ Ook is Jonker erg gecharmeerd van de One Cable Technology van Beckhoff. ‘De oude aanbieder leverde alleen motoren met twee kabels, waardoor we dubbel zo veel tijd kwijt waren tijdens de montage.’ En ten slotte konden de engineers in Drachten het standaard Ethercat-protocol gebruiken om eenvoudig onderdelen van andere partijen te koppelen.

Ook in de softwareontwikkeling bood Beckhoff meerwaarde. De soft-plc’s van het Duitse bedrijf kunnen in een Windows-omgeving draaien. ‘Dan heb je dus een realtime plc op je bureaublad en dat biedt legio mogelijkheden om te simuleren’, zegt Jonker, die zelf een groot deel van de besturingssoftware van de CVP Impack bouwde. ‘We declareren alle servo’s als virtueel. Als je zo’n servo een setpoint meegeeft, geeft hij een milliseconde later de boodschap terug dat hij op dat setpoint is, net zoals een echte servo zou reageren.’ Elke twintig milliseconden worden alle setpoints naar een zelf ontwikkelde visualisator gestuurd die de situatie direct in beeld brengt. ‘Toen we met de ontwikkeling van de CVP Impack begonnen, waren er nog geen simulatie- of digital twin-platforms op de markt die aan onze wensen voldeden. Dus hebben we zelf wat opgezet in Qt’, vertelt Jonker. ‘Zo ingewikkeld is dat allemaal niet.’

Quadient heeft inmiddels twee Everest-systemen uitgeleverd. Een derde wordt deze maand geïnstalleerd in Denemarken.

Het eigen platform wordt veelvuldig gebruikt. Het geeft de zes software-engineers de mogelijkheid om hun programmatuur te schrijven en te testen zonder dat er ook maar iets fysiek is gebouwd. Jonker: ‘Zo hebben we heel veel simulaties kunnen draaien om te beoordelen hoe we het snelste systeem zouden krijgen. Bijvoorbeeld hoe lang de baan van de vouwunit moest zijn. Die moet immers weer terug voor de volgende doos, dus je moet daar op zoek naar een optimale lengte. Dat kun je wellicht theoretisch bepalen, maar we hebben dat vooral proefondervindelijk gesimuleerd.’

Nieuwe fabriek

Quadient heeft hoge verwachtingen van zijn nieuwste inpakmachine. Na de eerst installatie bij Cdiscount nam het Britse internetwarenhuis The White Company deze zomer ook een Everest in gebruik. En de derde machine wordt deze maand in Denemarken geïnstalleerd.

De uitbreiding naar deze nieuwe markt legt Quadient sowieso geen windeieren. Vlakbij de oude site in Drachten heeft het bedrijf een nieuw productiecomplex geopend, dat speciaal is ingericht op de fabricage van systemen – goed voor zo’n veertig nieuwe arbeidsplaatsen.