机器人:创造甜蜜时刻
荣格 · 2017-03-15 10:17:44 4564 次浏览
摘要:通过机器人优化生产流程,对于一家位于芝加哥的糖果企业来说极为重要。而新的包装设备使巧克力条外观焕然一新。在北美,Worlds Finest®巧克力家喻户晓。自从1949年以来,这家糖果企业的巧克力条就被学校和其他组织用于募捐筹款等各种活动中。

通过机器人优化生产流程,对于一家位于芝加哥的糖果企业来说极为重要。而新的包装设备使巧克力条外观焕然一新。          

在北美,Worlds Finest®巧克力家喻户晓。自从1949年以来,这家糖果企业的巧克力条就被学校和其他组织用于募捐筹款等各种活动中。

尽管品牌和企业本身都是受人青睐的偶像,但是,从包装自动化和效率来看,这家企业并没有死守这些荣誉而不思进取。一年前,这家企业安装了高度自动化解决方案,淘汰了手工装载和技术较为陈旧的设备,而采用机器人来装载定制化和可重复使用的注塑手提盒。新增加的工艺还有从塑料手提盒中自动去除一次包装并放置到多种包装中。

和上游手提包装装载机器人一样,将单个包装放入各种瓦楞纸包装的工作也是在Cama 公司系统上进行的。之后,在今年夏季,已经沿用数十年的——巧克力条金属箔包裹工艺外加印刷纸板的应用——都被来自Delta公司的包装技术所取代。Worlds Finest® Chocolate(下文简称“WFC”)负责工程设计的高级总监Rich Jacob说,由于这些升级改造已经到位,因此,可以大幅度节省材料和劳动力成本,而且不久我们将会看到产量也会大幅提升。

让我们先从机器人系统讲起。WFC公司的产品极少通过零售渠道到达消费者手中,而其客户多是学校、教堂、俱乐部和其他组织单位;他们定购的巧克力的品种和包装形式广泛而多样化。比如,一家客户可能想要每箱60条装的1美元黑色巧克力;而另一家客户则想要混合装箱的黑色巧克力和牛奶巧克力;同时,第三家客户会要求每箱30条装的混合装巧克力,内含2美元或3美元的巧克力条以及纸盒装的焦糖巧克力或杏仁巧克力。这样的订单可能会是100箱,1,000箱甚至是10,000箱。







在北美,Worlds Finest® 巧克力家喻户晓。

为满足所有这些要求,WFC公司曾经雇佣一些工人并采用较为老旧的技术,将经过一次包装的巧克力制品装进瓦楞纸中转箱里,之后这些包装盒进入手工装箱工序。在此工序中,另一组工人从中转箱中手工捡拾一次包装物并根据客户需求,制作包装箱。这道工序现已被美国Cama公司生产的精细、多功能和自动化机器人系统取代。六套Cama IT 285系统将一次包装物装载到可重复使用的手提式塑料中转盒中,并被传送到Cama IG 270系统,这套系统总的延伸长度达45英尺。而在Cama IG 270系统上,有13台delta型机器人;前十台机器人将一次包装物从手提式包装盒中捡拾起来,并将其放置到运行于IG 270系统中间的双通道链板输送带上;系统末端的3台delta型机器人,将一次包装物从该输送带上捡拾起来,并将其放置到瓦楞纸板箱中,包装箱在IG 270系统末端自动涂胶闭合。

来自成型车间

成型工序所在车间与包装系统相邻,在开放参观的这天,正在生产的两种巧克力条正在离开成型工序,并在一台主输送带上陆续进行混合。在这台主输送带上安装着一套来自于Loma公司的金属探测系统。

安装在这台主输送带上的,还有一套来自康耐视公司的视觉系统,这套系统用来区分1美元和2美元巧克力条。由于使用了WFC公司内部开发的控制系统,所有1美元巧克力条被转向90度,进入巧克力条搬运传送带,到达指定的包装机上;同样,2美元巧克力条也会到达它既定的包装机上。在主输送带对面一侧是另一台包装机,这些包装机将巧克力条输送到Cama IT 285包装袋装载机器人上。







机器人从手提盒里将纸盒装巧克力捡拾起来,并放置在双通道链板输送带上。

巧克力条的传送是由包装机控制支配的,当包装机准备好接受一排巧克力条时,每台包装机上基于PC的控制器就会给传送带上的扫描装置发出信号。当接收到该信号时,一排巧克力条就从主输送带上的止动板处移动到传送带上。一块挡板和转向装置,或者一条转向传送带使巧克力条从宽边向前变为窄边向前;然后,巧克力条就移动进入包装机内。一系列SICK 传感器有助于确保适当间隔,以有效分割每条巧克力的包装。

WFC公司使用的柔性薄膜包装是一种带有冷密封涂层、由透明OPP和金属OPP组成的双层复合材料。透明OPP可在柔版印刷机上采用8色或9色进行反面印刷,这使得图案能非常逼真地模仿老旧标签外观。

减少包装成本只是转换成薄膜包装所实现的目标之一。新型包装还能在保留基本设计完整不变的情况下,为巧克力条带来更现代的外观。因为它能更好地阻隔空气,因此WFC公司产品的新鲜度得以提高。

喷墨打码

单个包装上的日期和批号代码,采用Leibinger的JET3up系统进行喷墨打印的。“在我们试用Leibinger的喷墨打印机时,获得了良好效果。” Jacob说。

至于为什么Delta公司的Eagle包装机被这个项目选用,Jacob说,一旦WFC公司决定使用薄膜包装机,Delta就准备好满足我们既定的时间表。当然,这并没有什么坏处,机器设备的稳定运行速度为400条/分钟,而已被取代的包装机的最高运行速度为260条/分钟。Jacob指出:“在将诸如Leibinger 喷墨打印机等其他设备整合到解决方案中等方面,Delta 的性能也很好。最后,我们所喜欢的是这种设备是本土制造,他们的技术支持和售后服务一直都非常棒。”他还补充说,我们仍然在计划进一步优化包装工序的劳动力成本。







在双通道链板输送带上的巧克力条和纸盒装巧克力,被捡拾起来放入30条装的混合品种瓦楞纸板箱内。

Delta公司还进行了控制系统的升级和改造,每台包装机就与为其送料的传送带紧密地整合到一起。包装机本身由PC 控制,采用Delta公司自行开发的SoftFlow软件。“这是我们内部自己开发出来的一款开源控制器。”Delta系统公司销售总监Liam Buckley 说,“对于人机接口(HMI)、运动和逻辑等所有这些东西,我们都通过PC 进行控制。因为这是完全开放的系统,他们可以进入并在屏幕上编写梯形逻辑并进行修改。当然,这是受到密码保护的,但是,程序可以在机器上进行修改,而不需要支付许可证费用或者需要另外的PC。这是完全开放的可供客户和(或)我们现场技术人员进行存取的平台。”

手提式包装盒装载机器人

为了更加仔细研究一下六台Cama IT 285机器人手提式包装盒装载系统中一台机器人的情况,让我们选择装载1美元巧克力条的系统为例。离开包装机的巧克力条,以400条/分钟的速度被进料皮带输送带送出。每一巧克力条被送入链板输送带里并在正确的传送带上移动。一旦24条巧克力进入链板,它们就被分配到一个捡拾工位上,而输送带就开始收集下一批24条巧克力。与此同时,机器人利用真空吸盘捡拾24条巧克力,然后将两层巧克力条分别装载于两个手提式塑料包装盒中。

一旦每个手提包装盒里放置了16层巧克力条,就自动转到另一个工位,在这个工位上,一名操作工人将其放置于托盘上。然而,Cama机器人不用等待两个新的手提包装盒占据装载工位;在开始装载时,旁边两个手提包装盒已经装满。同时,空的手提包装盒会自动移动到装载位置,这样,当轮到其装载时,就一切准备就绪了。

在该装载系统中,可重复使用的定制化注塑成型塑料手提包装盒绝对关键,其设计主要由Jacob负责。

在描述19英寸x 9 ½ 英寸的手提盒时,Jacob说:“像这种机器人装载,我们需要的手提包装盒不但要均匀一致,而且还必须容易进行托盘装载,完全适用于40x48的托盘尺寸。”每个手提包装盒都有一个食品级别的热成型PVC镶嵌件。Jacob说,从工装和零件成本角度看,事实证明,让Akro Mils公司的手提包装盒实现普遍化和标准化,并采用产品特定镶嵌件,是更加经济实用的;这些由ITS公司供应,适配于手提包装盒内部,为每种产品类型提供正确定向。

品种繁多的巧克力制品

由于六台手提包装盒装载机以400条/分钟的速度运行,因此,在六台装载机器人和清空手提盒机器人系统之间的厂房地坪上堆满了托盘,而托盘上又满载着一次包装物,就不足为奇了。“我们每周工作五天,每天开两到三个班次,在任何一天里,都会有100万至200万条巧克力在生产制造之中。”雅可布说,“那听起来好像非常多;但是,我们在一两天之内就能包装完毕。”

尽管绝大多数手提包装盒中会装有巧克力条,但是,有的会装入包装袋和其他包装形式,其中包括用折叠纸盒装的扭结包装糖果,而这都是在六台薄膜包装机之外的设备上进行包装的。不管在制品托盘上装着什么,所有托盘最终都将进入到Cama IG 270旁边的十条输送带进料器上。在那里,操作工人从托盘上将手提包装盒拿下来,将其放置在输送带进料器中。从那里开始,Cama IG 270完成剩余的工作。

在参观访问的这天,正在生产的是每箱30条装,含有5个品种的产品,装箱速度大约是8条/分钟。“当我们运行每箱60条装单一1美元产品时,我们运行的速度是30箱/分钟。”Jacob说,“我们总计运行23种基本配方,每种配方都有不同的一次包装组合。”

工作方法是这样的,领头的操作工拿来一份订单,从人机接口处选择正确菜单;然后,Cama系统自动进行调整,这样,Delta型机器人就会知道需要什么样的一次包装,于是安静地进行捡拾工作。同样的,头十台机器人从手提包装盒里进行捡拾,装满中间的双通道链板输送带,而最后三台机器人则从输送带上进行捡拾,装到瓦楞纸板箱里。

“我们对Cama有一个要求:如果是多品种组合包装,我们希望当包装箱打开时,五种口味放置在最顶层。”Jacob说。就是这样的要求让Cama公司设计出运行于中间的双通道输送带。

美国Cama公司总经理Billy Goodman说:“像我们这种delta型装载系统,大多数是直接从输送跑道或视觉输送带上装载到纸板箱里;但是,为满足WFC公司需求,我们必须让每一品种在每层上都可以看得见。要实现这个目标的唯一方法,先是采用前十台机器人创建所有口味的顺序;然后,使用后三台机器人捡拾并将每层放置到包装箱里。”







轨道式输送带每次将24 条巧克力条输送到机器人捡拾处,机器人捡拾巧克力条并将其放置在可回收的手提式塑料包装盒里。

多功能机器人捡拾- 放置系统的工作情况也有点特别——并不需要视觉系统,而是需要将包装位置信息传送给机器人捡拾工具。所有必要位置的信息都存储于每种菜单的软件程序中。在十台手提包装盒卸载机器人中,任何一台机器人都确切知道它需要将一个包装放置在哪个位置,而最后三台装箱机器人也确切知道每次它们需要从哪个位置进行捡拾。

因为一次包装的种类繁多——不仅有三种尺寸的巧克力条还有折叠纸盒装甚至是软包装——并捡拾和放置在不同瓦楞纸板箱中,因此,必须对双通道输送带上的链板进行调整。“我们使用伺服电动机对那些链板的宽度进行调整。” Goodman说,“在整个纸板箱装载系统里,有60多台伺服电机,每台电机都是电机与传动装置的组合。我们之所以选用博世力士乐的产品,部分原因是我们喜欢在一个单元里,使用这种紧凑的一体化电机和传动装置,有助于减小我们配电板的尺寸。”

空的手提塑料包装盒落入Cama IG 270下面的一台输送带上,并被输送到一个进行人工堆垛的工位。然后,这些托盘被放置在六台Cama手提包装盒装载机旁,一名操作工人根据需要将其放置到装载系统上。

称重检重系统

从装箱机出来之后会经过梅特勒- 托利多公司的检重称,它能识别出箱内物品数量不正确的任何包装箱。接下来是Longford公司的三台票卷或说明书插入机,在这之后,包装箱准备就绪,在Cama系统上,使用诺信公司的热熔胶进行封箱。

Jacob说:“我们想尽量在包装箱尺寸数量上实现标准化,因此,有的包装箱完全装满,而有的则不那么满;这完全取决于客户要求的产品组合情况。”所使用的包装箱尺寸,共有四种;但是,印刷差别很大。

Jacob补充说,与我们以前所使用的纸板箱相比,国际纸业公司提供的这些纸板箱非常独特,而且经过大幅度的优化处理。“我们以前曾订购过双瓦楞纸板箱,在操作工人手工装满并封闭纸板箱后,我们会增加一个塑料提手。现在,我们使用的是从顶部装载的B 楞单瓦楞纸板箱。该纸板箱有一个强化处理过的区域,其中有一个整体化把手,这是纸板箱本身的一个组成部分。加强材料来自于H.B. Fuller公司的热激活胶带,这种胶带一般用于洗衣粉的包装箱。为了使其能适合现在的应用,我们做了大量工作,至少进行了10次重复试验,最终我们做到了。这些包装箱在多数情况下是为孩子们走家串户募捐筹款时使用,他们可能不太爱惜这些瓦楞纸板箱,我们必须确保把手能完整地保存下来。”Jacob估计,创造和改造这种新的纸板箱,节约了大约50%的材料成本费用。

封箱后,纸板箱旋转一个直角,进入两套压敏标签黏贴系统。只有当客户选择以某种方式识别自己时,才会使用这种标签黏贴系统。为什么需要两套标签黏贴设备呢?因为如果客户甲和客户乙都想在他们的包装箱上黏贴标签,而客户甲的生产批量是500箱,那么,第二套标签黏贴机可以提前进行准备,这样,两次生产运行之间的停机时间可压缩到最短。

在我们最近参观访问位于芝加哥西南侧工厂的过程中,Jacob反复强调在工厂验收测试完毕后的很长一段时间里,关键设备供应商随时准备提供驻厂援助的重要性。他说,特别是Cama公司,在其手提包装盒装载和清空机器人运行不到一年的时候,WFC公司决定将巧克力条包装从用铝箔和纸包装改成柔性薄膜包装。因此,这家公司忙得不亦乐乎。这种一次包装的更改,意味着将单条巧克力条输送进入机器人应该窄边向前,而不是宽边向前。

“我们必须将全部六台手提包装盒装载机旋转90度,重新设置装载巧克力条的方法,将其输送到轨道式输送带上。”Goodman说。

在回顾这个充满惊喜并快速推进,其中还包含了前沿设备和最新初级和次级包装的项目时, Jacob承认这确实是一次挑战。“与一年前相比,我们一下子超前好几年。”他最后特别指出,“没有所有供应商的鼎力支持,我们无法取得圆满的结果。”

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