IN ENGLISH: Technological allowances for offset printing on paperboard; ABSTRACT: The paper presents the current state of research into methods of forecasting the number of technological allowances (wastage) in offset printing process on cardboard for folding carton packaging production. Due to the specific conditions, standard forecasting methods are not very accurate, while the number of allowances is much higher than during printing on other substrates. The article presents also the practical applicability of research results, and gives the approximate formulae to estimate the minimum number of technological allowances required in the printing process.
Wprowadzenie
Przy produkcji opakowań z nadrukiem jedną z szeroko stosowanych technologii w przypadku opakowań kartonowych jest arkuszowe drukowanie offsetowe. Koszt tej operacji technologicznej zależy przede wszystkim od zużycia podłoża drukowego, a tym samym makulatury powstającej w trakcie operacji. Naddatki technologiczne muszą być właściwie przewidziane na etapie kosztorysowania i planowania produkcji. Jednak z uwagi na znaczną liczbę parametrów wpływających na proces drukowania (Kipphan 2001) prognozowanie liczby naddatków technologicznych przy drukowaniu na arkuszowych maszynach offsetowych jest zadaniem trudnym. Stosowane w praktyce modele prognozowania naddatków oparto przede wszystkim na danych statystycznych, zazwyczaj pochodzących z maszyn innej konstrukcji i o innym wyposażeniu niż stosowane obecnie. Dodatkowym utrudnieniem może także być fakt, że przy produkcji opakowań z nadrukiem wykorzystuje się maszyny o bardzo zróżnicowanym układzie zespołów oraz o parametrach dostosowanych do szczególnych wymagań stawianych przez stosunkowo sztywne podłoże drukowe. Czynniki te nie zostały poprawnie uwzględnione nawet w stosunkowo nowych modelach prognozowania naddatków (BPIF 2012).
Prowadzona pod kierunkiem autora praca badawcza (Hamerliński 2012) wykazała, że celowe jest opracowanie doskonalszego modelu określania naddatków technologicznych w procesie drukowania, który pozwoliłby na uwzględnienie większej liczby parametrów procesu produkcji, a jednocześnie uwzględniłby indywidualne charakterystyki używanych tam maszyn drukujących. Odpowiednią metodę prognozowania naddatków dla procesu arkuszowego drukowania offsetowego przedstawiono w rozprawie doktorskiej (Hamerliński 2014). Jednym z przypadków uwzględnionych w pracy jest drukowanie na tekturze.
Charakterystyka procesu arkuszowego drukowania offsetowego na tekturze
W produkcji opakowań z nadrukiem najczęściej występuje przypadek powielania identycznych użytków na arkuszu drukarskim, przy czym układ tych użytków jest determinowany wymaganiami kolejnych operacji technologicznych (np. wykrawania). Format arkusza nie jest zatem określony przez parametry rozstawienia użytków (jak w przypadku produkcji dziełowej czy akcydensowej), a wynika z projektu konstrukcji opakowania oraz możliwości technologicznych przedsiębiorcy (Eldred 2008). Proces drukowania na podłożu tekturowym odbywa się zazwyczaj w jednym przebiegu przez maszynę; w konwencjonalnych układach maszyn drukujących niemożliwe będzie odwrócenie arkusza z uwagi na jego sztywność. Podłoże drukowe może być dostosowane tylko do zadrukowania z jednej strony, np. tektura opakowaniowa GC2 (Eldred 2008, Iggesund 2015).
Do zadrukowywania tektury używane są maszyny drukujące o odpowiednio dostosowanej konstrukcji, w szczególności mogące drukować na podłożach o znacznej grubości (do 0,6 mm i więcej). Maszyny takie posiadają często więcej niż cztery zespoły drukujące oraz rozbudowane zespoły pomocnicze, np. lakierowania przed drukowaniem i po nim oraz suszenia (Henry 2013, Eldred 2008, Kipphan 2001). Zestaw farb stosowanych przy produkcji opakowań z nadrukiem także jest znacznie szerszy niż w przypadku innych produktów poligraficznych. Ze względu na szczególne wymagania prawne przy produkcji opakowań dla żywności stosowane są często farby o obniżonej migracji i/lub odorze, utrwalane w różny sposób. Dodatkowo do uszlachetnienia nadruku lub do zapewnienia jego odpowiedniej trwałości stosuje się rozmaite lakiery (w tym podkładowe) o nietypowych właściwościach (lakiery strukturalne, zapachowe itp.). Reologia tych farb i lakierów, a w związku z tym ich zachowanie w procesie drukowania może różnić się od innych materiałów używanych w procesach offsetowego drukowania arkuszowego (Eldred 2008). Szczególne segmenty rynku opakowań z nadrukiem (opakowania wyrobów farmaceutycznych, opakowania kosmetyków i artykułów luksusowych) wymuszają także stosowanie niestandardowych metod oraz wymagań kontroli jakości produkcji (Henry 2013). Wymagania rynku wymuszają produkcję mniejszych opakowań, wykonywanych często z użyciem nietypowych technik poligraficznych (Harrod 2014).
W związku z tak złożoną i nietypową konstrukcją maszyn oraz bardzo szerokim zakresem stosowanych farb drukarskich zastosowanie w tym przypadku standardowych metod prognozowania liczby naddatków jest obarczone dużym błędem i najczęściej prowadzi do zakładania względnie dużej ich liczby, co potwierdzają zebrane dane w pracy badawczej (Hamerliński 2012). Współczynnik naddatków, definiowany jako stosunek liczby arkuszy naddatków do liczby arkuszy wyprodukowanych zgodnie z zamówieniem, jest przy drukowaniu na tekturze znacznie (nawet o rząd wielkości) wyższy niż w przypadku drukowania offsetowego na innych podłożach (Hamerliński 2014a).
Model prognozowania liczby naddatków przy drukowaniu na tekturze
W dysertacji (Hamerliński 2014a) zaproponowano ogólny model zależności liczby naddatków (arkuszy makulaturowych) od parametrów procesu drukowania w postaci:
gdzie:
nt – liczba arkuszy makulaturowych
n – nakład maszynisty (liczba arkuszy niezbędnych do wyprodukowania)
SS – powierzchnia pojedynczego użytku
S – powierzchnia arkusza drukowego
k – liczba drukowanych kolorów
q – gramatura tektury
qS – zużycie jednostkowe farby na 1 m2 podłoża drukowego
FT – tack farby
d – wydajność drukowania
C2t, A, C, E, H, I – stałe
W celu zastosowania tego modelu poszczególne parametry muszą być przeliczone do jednostek układu SI. W modelu nie wprowadzono rozróżnienia na przyczyny wprowadzania naddatków (przyrząd maszyny, ubytki w procesie drukowania, negatywny wynik kontroli jakości), co jest uzasadnione celem zastosowania opracowanej zależności (prognozowanie zapotrzebowania na podłoże drukowe, a w rezultacie prognozowanie kosztów realizacji zlecenia) (Hamerliński 2014a).
Do zastosowania tego modelu w praktyce należy wyznaczyć wartości stałych C2t, A, C, E, H oraz I, czego można dokonać metodami analizy regresji na podstawie danych o dostatecznie podobnych zleceniach. W wyniku tej analizy może się także okazać, że niektóre parametry procesu drukowania nie wpływają istotnie na liczbę prognozowanych naddatków (Hamerliński 2014a, Hamerliński 2014b).
Dla przypadku drukowania na tekturze w pracy (Hamerliński 2014a) na podstawie analizy zebranych danych zaproponowano następującą zależność liczby naddatków od parametrów zlecenia:
co jest równoważne
Model ten odnosi się wyłącznie do drukowania na podłożu wielowarstwowym o gramaturze nie niższej niż 215 g/m2 (Hamerliński 2014a). Współczynnik dopasowania tej zależności do danych eksperymentalnych w ww. pracy wynosił R2 = 0,8444, zaś średnia kwadratowa odchylenia wyników teoretycznych od rzeczywistych wyniosła 26% przy maksymalnym odchyleniu ok. 46%. Należy zwrócić uwagę, że w tym modelu liczba naddatków dla drukowania na tekturze zależy wyłącznie od nakładu oraz od podobieństwa geometrycznego (stosunku powierzchni pojedynczego użytku do powierzchni arkusza drukowego), przy czym wzrost powierzchni użytku (tj. mniejsza liczba użytków drukowanych na pojedynczym arkuszu) zmniejsza liczbę prognozowanych naddatków. Wizualizacja tej zależności jest przedstawiona na rys. 1.
Dla liczby podobieństwa geometrycznego poniżej 0,2 liczba naddatków technologicznych zaczyna szybko rosnąć i staje się porównywalna z nakładem maszynisty, a przy niskich nakładach współczynnik naddatków może przekroczyć 1, tzn. liczba dobrych arkuszy będzie niższa niż liczba arkuszy makulaturowych. Dla danego nakładu najmniejszą prognozowaną liczbę naddatków można określić przy założeniu, że SS/S = 1, i wyniesie ona
Przybliżona wartość ntmin1 może być przydatna przy orientacyjnym określaniu zapotrzebowania na podłoże drukowe, a ponadto – poprzez zmianę wartości stałej – może także uwzględnić czynniki niewystępujące w powyższym modelu, jak stan maszyny drukującej, doświadczenie obsługi, wymagania kontroli jakości itp. (Hamerliński 2014b).
Dla poszczególnych maszyn drukujących używanych do zadrukowywania tektury można opracować odpowiedni model prognozowania naddatków na podstawie zebranych danych o drukowanych zleceniach, przy czym z reguły model ten będzie bardziej dokładny. W omawianej dysertacji (Hamerliński 2014a) dla maszyny Roland 505 służącej do drukowania na tekturze zaproponowano następującą zależność:
co odpowiada
Dopasowanie tego modelu do danych eksperymentalnych jest lepsze (R2 = 0,9372). Zgodnie z nim liczba naddatków zależy od tych samych zmiennych co poprzednio oraz dodatkowo od liczby drukowanych kolorów, przy czym zwiększenie liczby drukowanych kolorów zwiększa liczbę naddatków (analogicznie do modeli stosowanych obecnie w praktyce). Zwiększenie to nie jest jednak wprost proporcjonalne do liczby kolorów. Warto zwrócić uwagę, że wykładniki przy n i k różnią się wartością, a więc nie można założyć, że nt ~ nk (tj. że liczba naddatków jest proporcjonalna do liczby tzw. koloroodbitek).
Liczbę drukowanych kolorów w powyższej zależności należy traktować jako liczbę zespołów nakładających farbę lub lakier w trakcie przebiegu przez maszynę, tj. w przypadku maszyny pięciokolorowej z lakierowaniem k = 6. Uwzględnia to fakt, że zespół lakierujący wprowadzi dodatkowe utrudnienie przyrządu maszyny i może także być źródłem wad nadruku, które spowodują wyprodukowanie większej liczby arkuszy niespełniających wymagań zamawiającego.
Podobnie jak poprzednio minimalną prognozowaną liczbę naddatków można określić przy założeniu, że SS/S = 1, co daje
Przy drukowaniu czterech kolorów wartości ntmin1 i ntmin2 różnią się nieznacznie, co pokazuje porównanie w tab. 1.
Różnice względne pomiędzy modelami nie przekraczają w tym przypadku 10%, co pozwala na ich zamienne stosowanie. Przy drukowaniu pięciu kolorów rozbieżności są większe (dochodzą do 18% przy nakładach rzędu 5000 arkuszy) i uzasadniają konieczność uwzględnienia przy prognozie także rodzaju i wyposażenia maszyny drukującej służącej do zadrukowania tektury. Uwzględnienie tego wpływu we współcześnie stosowanych modelach prognozowania naddatków wymaga także wprowadzania współczynników ułatwień czy utrudnień, ponieważ standardowo stosowane zależności postaci nt = nt0 + cn (gdzie nt0, c – stałe zależne od warunków drukowania) dają przeważnie wartości o wiele za wysokie (Hamerliński 2014a), zawyżając w ten sposób prognozowane koszty drukowania.
Wnioski
Zróżnicowane wyposażenie offsetowych maszyn drukujących służących do zadrukowywania tektury, jak też szczególne wymagania stawiane poszczególnym rodzajom produktów sprawiają, że zastosowanie ogólnie przyjętych modeli prognozowania naddatków technologicznych w procesie drukowania na tekturze jest obarczone dużymi błędami. Z tego względu celowe staje się prowadzenie badań nad udoskonalonymi metodami prognozowania, w szczególności opartymi np. na cytowanej pracy (Hamerliński 2014a).
Zaprezentowany w ww. pracy model prognozowania naddatków dla drukowania na tekturze jest wystarczająco dokładny dla celów praktycznych, a po zgromadzeniu odpowiednich danych dotyczących zleceń drukowanych na określonej maszynie możliwe jest zaproponowanie jeszcze dokładniejszego modelu, na co wskazuje różnica pomiędzy współczynnikami R2 dla modelu ogólnego i modelu dla danej maszyny drukującej. Wykazano także, że nie wszystkie parametry zlecenia mają wpływ na liczbę naddatków. W szczególności nie stwierdzono, aby gramatura zadrukowanej tektury istotnie wpływała na wartość prognozowanych naddatków. Należy ponadto stwierdzić, że nie wykazano także, aby liczba naddatków była proporcjonalna do iloczynu nakładu oraz liczby kolorów (tj. liczby koloroodbitek).
Zaproponowane powyżej minimalne wartości naddatków technologicznych przy zadrukowywaniu tektury w technice offsetu arkuszowego mogą być przydatne w praktyce przemysłowej do szybkiego szacowania zapotrzebowania na surowce drukowe. Wartości te można określić indywidualnie dla każdej maszyny drukującej wykorzystywanej w procesie, zgodnie z metodami opisanymi w bibliografii. Jednocześnie modyfikacja stałych współczynników pozwala na łatwe uwzględnienie dodatkowych czynników wpływających na wartość naddatków, w tym wymagań jakościowych odbiorcy.
Bibliografia
1. BPIF (2012): Allowances for Overs/Unders and Wastage, British Printing Industries Federation, Coventry, Wlk. Brytania; źródło: http://www.britishprint.com/page.asp?node=817 &action=view_document&tid=740&sec=Industry_Standards&page=1 (styczeń 2014)
2. Eldred, N. (2008): Package Printing, 2nd Edition, PIA/GATFPress, Sewickley, PA., USA
3. Hamerliński, J. (2012): Aktualizacja norm technologicznych w drukowaniu offsetowym, praca badawcza COBRPP, Warszawa
4. Hamerliński, J. (2014a): Metoda prognozowania naddatków technologicznych dla różnych offsetowych maszyn drukujących z użyciem analizy wymiarowej, rozprawa doktorska, Wydział Inżynierii Produkcji Politechniki Warszawskiej/Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa
5. Hamerliński, J. (2014b): Nowa metodyka określania indywidualnych normatywów naddatków technologicznych dla drukowania offsetowego, Acta Poligraphica 2014 (4), 23-32, COBRPP, Warszawa
6. Harrod, S. (2014): Five Trends Driving Folding Carton Growth, Food Production Daily, 21 sierpnia 2014, źródło: http://www.foodproductiondaily.com/Packaging/Five-trends-driving-folding-carton-growth (luty 2015)
7. Henry, P. (2013): State of the Folding Carton Industry, Package Printing, wrzesień 2013, źródło: http://www.packageprinting.com/article/folding-carton-printing-converting-packaging-markets/1 (luty 2015)
8. Iggesund (2015): Iggesund Paperboard Product Catalogue 2013-14 – General Technical Information, żródło: http://products.iggesund.com/ProductInformation.aspx? Profile=en&Product=GTI&status=01123581321345589 (dostęp luty 2015)
9. Kipphan, H. (2001): Handbook of Print Media, Springer Verlag, Heidelberg/Berlin, Niemcy
