California Dairies是加利福尼亚州排名第一，在全美国也是第二大的乳制品合作组织。它由加利福尼亚超过650家的乳品企业所共同拥有，每年向它的5家加工厂（马上将会变成6家）运输将近一百七十亿磅牛奶。这相当于每天四千五百万五十万磅的牛奶，当坐落于加利福尼亚维塞利亚市的新工厂开始生产后，这个数字将会增长到超过五千万磅。除了液体牛奶加工外，California Dairies和它的附属公司还生产奶粉和乳清粉、黄油、奶酪并生产多种真空浓缩以及超滤的乳制品。
California Dairies位于加利福尼亚特洛克市的工厂每天最多能处理五百七十万磅牛奶，每年可生产超过一亿一千万磅的黄油，也就是每天大约275,000磅的黄油。工厂生产超过175skus（最小可管理存货单位）的重量从8到55磅的盒装产品。为了帮助如此之多的产品在它的工厂里持续流动，公司正运用越来越多的自动化操作，包括一套新的机器人堆跺系统。“奶牛并会抽出周末或节日的时间休息不产奶，所以工厂每天24小时、一周7天、年复一年地在生产。” 特洛克工厂和加州洛斯巴诺斯工厂的生产副总Eric Snoke说。
黄油刚做出来时是软的，因此特别开发了客户定制的机械手臂末端工具来进行处理
去年，特洛克工厂用来自Motoman (www.motoman.com)公司的包括两个四轴EPL160专业堆垛机器人在内的一套系统对整个黄油生产线进行了自动化更新。Motoman公司在和它的合作伙伴Prime Conveyor (www.primeconveyor.com)公司的紧密合作下，还提供了整套的一体化系统，Prime Conveyor为每一个Motoman的设计提供传送带以及一些控制机件。当Hill Packaging Systems (www.hillpackagingsystems.com) 公司的总裁Doug Hill 建议Snoke给Motoman公司打电话时，他正在和几家机器人公司讨论这个工程。“事实证明Motoman能为我们提供最好的系统，” Snoke说。
“以前，所有的堆垛工作都是由手工完成的，但以我们生产黄油的速度——每分钟3盒，8条生产线每分钟的生产总量就是24盒——这是非常辛苦的工作，” Snoke说。“当生产人员感觉疲惫时，包装车间的生产速度就会慢下来，这会导致整条生产线的生产速度下降。我们不得不关闭一些机器，直到他们能跟上生产的步伐为止。我们知道我们需要对这个操作步骤进行自动化以提高生产效率，减少由于背部损伤而引起的高额工伤赔偿保险。” 
刮板式钳夹操作产品时非常温柔，可以为每一种类型的盒子自动调整空气设置，这样每个产品都能获得正确的压力。
除了将包装生产线完全自动化外，工程的目标包括通过减少停工时间来创造更多一致的、稳定的装载量和生产能力最大化的系统。“我们计算过，系统回报需要两年或不到一点，这只是依据直接节省下来的劳动力成本，并没有考虑把减少的工伤赔偿保险计算进去，” Snoke说。“自从我们将机器人放置进去后，工人就再也没有发生过背部损伤。一般来说，过度疲劳和背部损伤是我们最最关心的。当举起55磅重的箱子，一次滑倒就能让你的背部足够受的。过去，赔偿保险是很费钱的。”
“由于我们有了机器人，每天我们只需要使用8或9个较少的直接劳动力。当我们知道要将机器人放置进来时，我们按正常损耗减少总人数，并整日忙于加班。我们并没有因为机器人的到来而给任何人解聘书。我们的员工因此非常喜欢这些机器人。这是一个工会公司，机器人操作员的工作都是通过竞标产生的。机器人操作职位的竞争非常激烈。设备操作人员的工资尺度更高一点，所以我们的人才会那样。”
“我们毫不怀疑机器人系统能有所作为，但令人惊讶的是每一件进入其中的产品都运行得非常地平稳。第一条生产线引进后的几天内，生产人员对于将其完全置入到工作中的怀疑被机器人完全融入到生产线中的兴奋所代替。”
“机器人系统提高了我们在生产方面的一致性能力。我们的包装部门试图推进各方面的极限值，但机器人在这方面却丝毫没有为此显得心有余而力不足。我们想将系统的过工程程度至少提高20%。如果工厂中的每一台机器都以最大产能生产，我们仍然还有20%的机器人产能能跟上这个要求。例如，如果有一条生产线因某些原因，比如一个坏托盘而停产，我们还是有赶上标准生产要求的能力的。”
你知道吗：关于乳脂的真相
整个牛奶含有大约3.5%的乳脂。奶油被分离出来，并被浓缩成40%到42%的乳脂成分。这种奶油随后就被搅拌成黄油，从定义上说，含有至少80%的乳脂。添加盐和/或实用色素来生产出大量不同的产品。来源： California Dairies.
为特洛克工厂的黄油堆垛生产线添加机器人自动化控制是一个具有挑战性的建议。“当工程第一次被提出来时，我认为这简直太疯狂了。由于如此之多的不同产品以及牵扯到的高度复杂性，我从来都不认为这会有可能实现，” California Dairies 的高级副总兼首席运营官Keith Gomes说。“但是Turlock工厂中的这套机器人堆垛系统的成功，让我对此深信不已，这也对未来California Dairies如何进行生产产生了巨大的影响。”
“传统上，我们的这个行业算是劳动密集型的行业。我们还有一些无法进行自动化的工作，这得归因于美国农业部陈旧过时的要求和规章制度。根据华盛顿的要求，我们黄油生产车间中的潮湿环境和腐蚀性化学成分是无法自动化的另外一些障碍。例如，加到很多类型的黄油中的盐对于机器来说是非常具有腐蚀性的。但是，出于安全关系、生产力要求和可靠性的考虑，在我们前进的过程中，我们会尽可能多地对我们的生产工序进行自动化。在我们新的维塞利亚工厂中打包和堆垛都会完全自动化。”
机器人会以很多不同的模式将产品堆到Grocery Manufacturers Assn. (www.gmabrands.com)公司的四边开槽木质托盘上。机器人还会处理层间垫片和顶部垫片。并不是所有的码垛模式都需要在层与层间间放置层间垫片。但是，在每一个托盘的裸盘上都会放层间垫片，在最后一层上放置顶部垫片。只有一个客户要求在每一层上放置层间垫片。
“除去托盘自身的高度外，托盘负荷最大可以达到60英尺高。层与层之间要紧凑，标签需朝外，以便任何时候都能方便条码的读取，” Snoke说。“让标签朝外，对于‘大盒子’商店使用的展示托盘来说尤其重要。”
可靠性也是极其重要的。“对于我们的工厂来说任何的停工都是令人无法想象的问题，” Snok说。“我们不得不保持运转，我们不得不让或有费用各就各位。机器人设计标准中的一个是在可怕的紧急情况下，有能力回到手工堆垛的状态。我们还想让一个团队来负责整个自动化工程的所有方面，包括机器人、控制器、分类系统、扫描系统和传送带；从头到尾，直至为裹包托盘打印标签的打印机。”
黄油有一些独特的性质，让它的堆垛变得无比具有挑战性。“黄油刚做出来时是软的，” Snoke解释说。“Motoman因此特别为我们开发了客户定制的机械手臂末端工具。刮板式钳夹操作产品时非常温柔。它可以为每一种类型的盒子自动调整空气设置，这样每个产品都能获得正确的压力。我们也向‘大盒子’商店销售大量的黄油，这些商店使用顶部开口的展示盒。我们需要有一个带钳夹的刮板从边上来处理这些盒子。”
刮板式钳夹装配有真空杯以帮助处理一些产品。当拾取滑托板时，机器钳夹下降到一堆的滑托板上，机械臂在其边上旋转。在它拾起滑托板并放下后，机械臂又折回来，然后机器人继续回到堆垛产品的生产中来。“这是一个非常积极的系统，特别是当我们运转全部8条生产线时，机器人并不需要停下来并等待产品堆积。它们很热衷于观察。有时候我们不得不需要将人们赶开，因为它们喜欢站着并看所有的东西都在工作，” Snoke继续说。
机器人会以很多不同的模式将产品堆到四边开槽木质托盘上。机器人还会处理层间垫片和顶部垫片
从上游下来前往8条生产线的产品盒会进入到两条生产线的主干上，将盒子送到顶部和底部盒盖检测站。这些工作站上的条码扫描仪在盒盖检测之前，先验证条码的可读性并识别出盒子应该被指派到的指定传送带通道。
盒子会因不可读的条码而无法通过，也会因开胶或盒盖损坏而被丢弃到一个手工通道上，这个通道会将有问题的盒子留在冷冻室内。通过检测点的盒子向前行至一个倾斜带，继续从将冷冻室与堆垛车间分开的墙上越过。然后盒子沿一条下倾带向下，被转移到一个带分类系统中。经过一个180度的翻转后，另外一个条码扫描仪再次读取条码，为方便机器人拾取而对产品进行排序的8条下游传送带，是那个特定盒子要被指派去的目的地。
如果这个盒子上的条码不可读，或它被指派去的下游传送线已经满了，就会将这个盒子指引到一个循环流通传送带上。在这条传送带上的盒子堆积起来后，盒子会重新进入分类操作中，然后要么被派往先前已经满了的下游传送带，要么被转移到人工的“无读”生产线。
正常情况下，一个盒子会达到它指定的下游堆积传送带。两台Motoman机器人中的每一台都为四条进给堆积传送带服务，这些传送带配有盒子拥挤机构以及淤积转换装置。一旦一个拾取循环堆积满了特定sku的足够的盒子后，系统给相称的机器人发出产品出现的信号。机器人一就绪后就移动到那条生产线上，开始根据预编程的堆垛模式进行堆垛。
一般机器人在每个拾取循环中拾取两个盒子。客户定制的刮板式钳夹设计有两个独立的区间，可提供异步放置性能。例如，机器人编程后可拾取两个盒子（一个区间一个），然后在重新定位并释放剩余的一个盒子之前，将朝向一个方向的盒子放下。“可是现在，循环次数是这样的一个状况，以致于我们只能让机器人拾取单个盒子，并单独放下，” Snoke说。
机器人将产品的盒子堆垛到四个指定的托盘装载/构造传送带的其中一个上，而且根据需要从衬料推车上往产品堆上添加滑托板和层间垫片。这些衬料推车是由一名工人进行的装载，并被锁定在堆垛单元内。空余的衬料推车可以让操作人员准备好适量的衬料，以减少补给过程中的停工时间。
一个普通的双重传送带-板中转车（T-car）系统往返于空托盘间，从一个自动托盘分配器到机器人堆垛单元。一旦机器人上装满托盘后，T-Car系统就会将满满的托盘运输到通向Lantech.com, LLC (www.lantech.com)公司的Model S1501拉伸裹包机的裹包进给传送带上。裹包完的托盘会自动被贴上列有很多内容的标签，然后穿过墙被送回到冷冻室里。在那里，托盘堆积起来，再通过叉车搬运走以用于运输或存储。无论何时将货物移走，标签的一部分就会被撕掉。这些标签可以为追踪每一个托盘的运动提供一个简单的方法。总有一个或两个标签会留在货物上，这样客户就有了一个收据。T-Cars、传送带和自动托盘分配器都是由Prime Conveyor公司提供的。Hill Packaging Systems安装了机器人以及所有由Prime Conveyor公司提供的设备。Industrial Electric (www.i-e-c.net)为这项工程制作了电力控制线路。
系统控制器包括一个在冷冻室里的双门控制面板以及一个在堆垛车间中三门面板，这个系统含有Rockwell Automation (www.rockwell.com)公司的Allen-Bradley CompactLogix可编程序逻辑控制器。两个Motoman MotoHMIs(TM)为车间提供了操作员界面。每一个HMI包括了一个可在15英寸的彩色触摸屏上运行RSView ME软件的工业PC。在不同的设备间，以及两个Motoman NX100机器人控制器之间，整套系统使用DeviceNet作为传送协议。由于MotoHMIs包含了一个以太网界面，在California Dairies服务器作用下可以倒入新产品以及追踪系统的状态。
两个机器人堆垛机可以处理超过175skus（最小可管理存货单位）的重量从8到55磅的盒装产品
Motoman还提供了所有单元的保护技术，包括电线安全围栏、四个拥有可靠断路安全开关的衬料通道门，将两个机器人单元中的T-Car系统相互分隔开的两个光帘，在拉伸裹包进给传送带处的一套自动消音的光帘。为通道门和光帘而设的双通道安全硬件符合美国国家标准学会/机器人行业Assn. R15.06-199号安全标准。
“每24小时到30小时，生产车间会停下来进行一次清洗，包括对整个车间进行完全清洗，” Snoke说。在那段时间里，会对机器人堆垛车间进行扫地，所有的东西都会清洗一遍并放置好，特洛克是一个受保护的工厂，也就是说我们这里有一个常驻的USDA检查员。生产车间总是处在USDA详细审查之下，机器人车间也会有常规性的检查。
California Dairies对待生物安全和可追踪性方面非常严肃认真。“机器人系统让我们可以根据时间和日期戳来追踪产品，所以我们能对每一批号和亚批号的产品进行非常详细地追踪。每一个操作人员都有一个编码，所以我们能说出任何既定时间内是由谁在操作机器，” Snoke解释说。“实际上我们每年做六次的模拟产品召回，这牵扯到从产品的各个方面进行追踪——这一批次产品生产于何处、送到哪、经销商从头到尾的分销经过。所有的产品都被标注了‘保留和运输’。在黄油运送之前，微生物的数量必须恢复到规范的数据中来。”
“我从整个工厂由平地而起时就参与进来了，而且还参与了很多的自动化工程，但和我曾经做过的项目相比我更满意这次的。对这次的项目，就像我对所有的安装工程感到骄傲一样。我们在California Dairies合作得像一个团队，工厂中任何涉及到这个工程的方面对于我们来说都很重要。例如，我们的仓库经理Glen Dortch将所有Motoman需要的信息都收集了起来，就是机器人需要去处理的大量不同盒子的信息。Tom Baldwin，我们的黄油生产经理，提供了关键的产品一致性、包装等等的基本信息，Motoman需要将它们用于钳夹和系统的设计。工厂经理John Bos在劳动力代购和将所有组织要素现代化上起了关键的作用。”
“Motoman是我们合作过的最专业的团体。他们从一开始就令我们印象非常之深刻，他们派来一支由8位极具才华并且专注于此的人员组成的团队来研究工程中每一个方面的各种可能途径。立刻，我们对我们期望能从他们那得到的东西有了一个好感。”
“工程的每一个方面，从概念到安装，编程和培训，都进行得非常好，我们对此感到无比欢欣。Motoman为我们做了机器人的初始编程，而且无论什么时候我们需要，他们仍然会提供支持。例如，Motoman的区域支持专家在调试程序方面是一个无价之宝。如果我们需要，我们只要一个电话，他肯定会出现在电话那一头。” 
两台Motoman机器人中的每一台都在为四条进给堆积传送带服务，这些传送带配有盒子拥挤机构以及淤积转换装置。
工厂正在展望未来的自动化工程。“我们正打算将一个现有的、用于堆垛奶粉袋包装的非Motoman公司的四轴机器人替换成一个更智能、更加客户友好的全新的Motoman堆垛机器人，” Snoke说。“另外，我们正在商讨我们准备对所有工厂进行自动化的事情。维塞利亚的新工厂会是我们系统中自动化程度最高的工厂。它也会是一家大批量生产黄油/奶粉的工厂，无庸置疑也会使用机器人。任何生产过程中可能存在人员受伤的环节，我们都希望使用机器人和自动化控制。”(end)
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