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机器人满足众多行业包装需求
作者:Anne Marie Mohan    来源:美国《包装世界》杂志
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枕式包装机, 立式包装机, 定量包装秤, 透明膜包装机, 充填包装机械...
“2012年机器人行业的表现是一个新的旺盛年头”,这是机器人行业协会(RIA)最近出版的一篇文章的通栏标题;文章预计“2012年的机器人订单有可能会超过2011年制定的目标,2011年标志着机器人行业的重大重新反弹”。实际上,文章引用ATI工业自动化公司首席运营官Robert Little的预测称2012年的成长率为15%。

在这篇文章中安川美国公司Motoman机器人分部的高级总经理Dean Elkin说:“我觉得在食品和饮料、医药和实验室应用领域,将会继续增长。”

正如下面五个案例的历史所证实的那样,在包装工厂里,机器人非常活跃,而且运行良好,正在不断地承担传统上由人类操作人员从事的工作。正如这些范例所显示的那样,通过在战略性地点布置的、用于满足具体包装需要的自动化,从食品到医药行业的包装公司节省了劳动力,增加了生产率和提高了产品质量。

通过自动化消灭了奶酪包装中造成的伤害

在位于瑞典小城镇G?tene的乳制品巨头阿拉食品工厂里的21号生产线上,将奶酪装入包装箱的重复性工作正在给劳动力造成伤害。从输送带上以几乎每秒钟一块的速度取下塑料包裹的奶酪并将其放置于包装箱内的正确位置上,造成如此之高的重复性紧张损伤率,以至于工厂的这个特殊部分被贴上了“红色”工位标签,这是健康和安全高风险区域的代号。

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奶酪包装. 在阿拉食品公司用四台捡拾和放置机器人取代手工包装奶酪块,已将生产线速度增加到每分钟90块,同时消灭了重复性紧张造成的伤害。

阿拉食品公司的项目经理Thomas Johansson说:“这是速度高的重复性工作,会导致伤害,在某些情况下,所造成的伤害是永久性的。”决心采取步骤保护自己工人的健康,阿拉食品公司请Graniten工程公司提出自动化解决方案,消除自己公司工人的压力。

由于已有空间的有限性,采用自动化解决方案取代人工并非容易的事情。Johasson说:“我们需要占地面积非常小而又能以高流量速率进行搬运的机器。”机器人必须将奶酪装入纸板箱和可回收的塑料包装箱内,这些包装箱具有不同尺寸,必须分别不同地进行包装。“所以,我们的需求是一种非常复杂的解决方案。”

从上个世纪30年代以来,Graniten公司一直给阿拉食品公司供应专门设计的机器,取代产品的手工搬运。Graniten 公司的项目经理Martin Krewer说:“基本想法是创造一种更好、更安全的环境。我们的解决方案是设计一种具备两种运行层级的系统:一种用于搬运板条箱和包装箱,另外一种用于搬运奶酪。”奶酪来自于上面一层,被均匀地分配给四个包装单元,每个单元围绕ABB 公司的IRB 120型机器人而建造。奶酪可以从三个不同角度捡拾,让机器人可以包装所需要的所有各种不同样式。

Krewer说Graniten公司选择ABB公司最小的多用途工业机器人IRB120型的原因之一,是这种机器人的六个坐标的运动。他解释说:“这样的六坐标运动给你提供极大的灵活性,可让你做你所想做的事情。由于机器人的尺寸小,重量轻,我们可以将其安装于生产线上面的墙壁上,更加方便包装箱的装箱工作。我们使用ABB机器人已经好几年了,他们的机器人总是经过很好的测试。它们的可靠性非常优秀。”(G?tene的阿拉食品公司的工厂已经使用过三种其他型号的ABB机器人:一台IRB340和两台IRB 360捡拾和放置机器人。)

在安装之前,Graniten公司使用ABB公司RobotStudio的模拟程序模拟过包装单元,为了获得尽可能短的周期时间,对机器人的放置进行过优化处理。为了确保可预测的最好性能动作,该解决方案由ABB公司的IRC5紧凑控制器进行控制。Graniten公司为阿拉食品公司的员工提供了50小时的培训,参与培训的30名员工中包括电工、机工以及几位原来曾经用手工包装过奶酪的包装操作工人。

在占地面积总共仅为25 x 25 英尺的地方,四台机器人每分钟包装90块奶酪,与以前两个工人包装的奶酪数量相同。机器人从早晨6点运行到午夜,相当于每天两个班次。每个班次需要一个工人监管机器人,所以,每天大约节省了16个人时的工作量。而最为重要的,在21号生产线上再也没有重复性紧张造成的伤害。投资回报时间估计大约为两年。

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多种才能:在Kelly-Moore的工厂里定制的机器人手臂臂端工装使用一套组合技术搬运三种不同类型的包装及空托盘。

Johansson宣称他自己对Graniten公司的解决方案非常满意,而且补充说,现在从事监管机器人,而不是手工包装奶酪的工人对于不再暴露于潜在伤害的事实表示欢迎。他说:“虽然在这个工位上,机器人并不能从事人能够完成的所有事情;但是,机器人肯定能完成98%至99%的工作。”

机器人执行搬运油漆罐和油漆桶及托盘的多重任务

通过安装量身定制的多功能机器人系统,位于美国德克萨斯州Hurst的Kelly-Moore油漆厂的油漆生产得到提升;这种机器人系统搬运来自于三条灌装生产线上的1夸脱(1夸脱等于0.946升)和1加仑(1加仑等于3.785升)油漆罐和5加仑的油漆桶,同时捡拾空托盘。2011年11月,在年产300万加仑的工厂里安装的设备,是在2009年初在其位于加利福尼亚州圣卡洛斯姐妹工厂里成功实施了类似系统之后而安装的。不过,Hurst工厂里的安装的系统技术又向前迈进了一步。

在圣卡洛斯工厂里,四条包装生产线由Intelligrated公司配备了两台机器人(一台用于托盘上的1夸脱和1加仑油漆罐,另外一台用于5加仑油漆桶)和互补传送带及Alvey托盘堆垛机。对于较小的产品尺寸,机器人要求使用臂端工具(EOAT),这种臂端工具采用其松散瓦楞托盘,捡拾2x2 和 3x3配置的1加仑油漆罐和3x3式样的1夸脱油漆罐。使用Tepro Machine & Pac公司的系统及其Unigripper?提升工具,Intelligrated公司创造出一种设计,这种设计使用随着被移动到托盘上而下降的另外旋转真空臂,提升油漆罐和固紧托盘。

5加仑的桶油漆有自己的挑战难题。这种油漆桶在盖子上有一个2英寸直径的倾斜口,供客户在存放地点里倾倒油漆。但是,倾倒口不能承受真空臂端工具。解决方案是在臂端工具真空室内定制设计一个环,在将倾倒口拉出时,这个环防止空气流动。然后,每次提升3个油漆桶,并以嵌套配置方式将其堆垛于托盘上。圣卡洛斯工厂里的两台机器人还同时承担捡拾和放置空桶的工作。

在看到圣卡洛斯的运行获得成功之后,Hurst工厂受到启发,将机器人添加到使用手工堆垛的三条生产线上。(这家工厂另外还运营两条自己的生产线,这两台生产线在2005年与4条手工生产线合并,以便使用自动化设备。但是,没有机器人。)Hurst工厂的厂长Calvin Chun说:“我们认识到,与先前我们购买的标准托盘堆垛机和标准设备相比,使用机器人时获得的用途和功能更多。”

在Hurst工厂的Kelly-Moore团队希望,从手工堆垛托盘改成自动化系统,将消除对操作人员造成的伤害,并提高生产线的效率。手工堆垛时,操作人员需要提升每件重达40磅的油漆桶。

Hurst工厂的生产监工David Dillaha解释说:“当产品采用人工堆垛时,一旦托盘装满后,操作人员必须将托盘拖走,然后返回再行堆垛另外一个托盘。所以,在产品装满托盘后,我们有一些停机怠工时间。”

为了并排运行这3条生产线,使用圣卡洛斯的安装经验作为出发点,Hurst工厂将机器人技术向前再推进一步。要求包括臂端工装,能够以每分钟40个容器的速度搬运所有3种尺寸的包装容器和空托盘。至于有效载荷,Hurst工厂需要一种举升能力为275磅至300磅的机器人手臂。

Intelligrated公司承接了新机器人托盘堆垛系统的设计、成套和安装任务,这个系统包括一台安川Motoman MPL 160 四坐标托盘堆垛机械手,配备DX 100控制器和定制设计的臂端工具。Intelligrated公司的高级控制工程师Greg Koble解释说:“我们在末端效应器上配备有一组各种装置。至于托盘的捡拾,我们有旋转向下抓取托盘的气动手臂。有关这个方面,或许最为重大的,是我们有一个Tepro公司设计的利用真空鼓风电动机的末端效应器。这是一种特殊设计,因为它不仅能够抓取和提升3个重桶,而且还能抓取托盘上的较小油漆罐。所以,我们使用一种末端效应器搬运两种完全不同类型的产品。”

Intelligrated公司还供应了托盘输送机和分配机、Lantech公司的拉伸膜缠绕包装机以及将油漆罐输送到托盘堆垛区域的一台Accuglide?零压力累积包装箱输送机,输送机上安装有特殊产品挡头,将来列成形区域与累积区域分开。据Hurst工厂的厂长Calvin Chun说:与标准链条式输送机相比,“我们发现,使用AccuGuide,设备维护工作量较少,材料流动较好,死点较少。”

Hurst工厂的生产监工David Dillaha说,自从安装机器人托盘堆垛系统以来,Kelly-Moore Hurst工厂的运行生产率已经增加了50%,而同时从生产线上削减了3名操作人员。他补充说,工厂里堆垛好的托盘负载质量也得到提高。“包装更加精确。采用手工劳动,一个操作工人与一个操作工人之间会出现不一致,而且托盘上的包装紧密度也会不一致。”

“实施工作进行得非常成功和干净利落,不仅设计方面如此,而且在实施之后,也没有什么遗留问题;Intelligrated公司采纳了我们的不少概念,并将这些概念活用于这套装置中。实施工作完成之后,我们不必进行任何重大改造或修改设备。”

采用“疯狂手”包装香肠托盘

“Manos Locas,” 或 “疯狂手”:这就是美国马萨诸塞州Woburn市Kayem食品公司生产线上的操作工人用以称谓2010年秋安装的由JLS自动化公司供应的新Heron机器人包装系统的名称。Kayem食品公司是一家由第四代人经营的家族式生产企业,生产供零售业和食品服务业用的香肠、“热狗”(法兰克福香肠)、火腿和切成片状的午餐肉等食品。这家公司运营两间工厂:一间在马萨诸塞州的沃本(Woburn),另外一家在切尔西(Chelsea),每周生产能力分别为50万磅和150万磅。

三年以前,Kayem公司决定通过优化双联香肠高速生产和包装线,实现沃本(Woburn)4万平方英尺新鲜和冷冻工厂现有占地平方面积的最大化。作为升级改造的一个组成部分,Kayem公司考虑了各种方案,准备采用自动化解决方案取代手工将香肠放置于聚苯乙烯包装盘上的重复性动作任务。起初对非机器人方案进行了评估,然后放弃了;后来,Kayem公司克服了对机器人的惶恐,向JLS自动化公司开诚布公地讲述了自己的自动化需要。

正如Kayem公司新鲜香肠分部负责制造的副总裁Matt O’Malley解释的那样,对设备的重大要求之一,是设备要能轻柔地搬运质地柔软的香肠,而同时不能留下任何损伤印记。他回顾说:“JLS自动化公司的首要挑战难题,是证明他们的技术能够搬运潮湿的新鲜香肠段;那是最大的障碍。JLS自动化公司在位于宾夕法尼亚州约克市的现场完成了初步试验,我们最大的惊讶时刻发生于在完成试验的过程中,看到设备实际捡拾和放置香肠的时候。”

O’Malley补充说,同样至关重要的还有能否彻底对设备进行清洗,以便满足Kayem公司严格的美国农业部有关卫生方面的要求以及有关工作于机器人临近周围操作人员的安全要求。就速度而言,自动化解决方案需要能够实现紧靠其前的香肠填塞机和连接机产量的最大化,而且要具备容易变更的灵活性,以适应不同直径的香肠。

JLS公司对此的响应措施,是一套量身定制的解决方案,Heron托盘包装系统;这套系统包括一个机器人工作单元,配备ABB机器人公司出品的两台ABB FlexPicker? IRB 360型全不锈钢冲洗级别的捡拾和放置机器人、一套具备输送机跟踪的ABB PickMaster? 视觉系统、JLS公司的“板载真空”臂端工具、一台JLS托盘拆套器以及两套输送机:一套不锈钢输送带,负责将产品从连接机排出口运送通过以视觉为基础的产品检验和“捡拾”区域,另外一套刮板输送机,负责将托盘从拆套器运输通过Heron机器人单元,进入缠绕机送料输送带上。

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食品安全:机器人捡拾和放置工作单元满足Kayem公司的主要需要之一:可以彻底进行清洗,满足美国农业部的卫生要求。

工厂验收试验(FAT)在JLS公司的约克工厂进行,借助Reiser公司慷慨借用的他们公司的一套高速连接和切割系统,模拟Kayem公司工厂的生产速度。O’Malley 解释说:“为了确定Heron系统是否能按额定速率运转,用手工方法送料的速度根本不够快。我们所能做的,就是在JSL的试验区域,以额定速度运行产品,以不同配方产品(产品数量和托盘尺寸)运转设备。”

由于事实证明可以满足Kayen公司的要求,于是,在2011年秋在沃本(Woburn)工厂安装了“Manos Locas”(“疯狂手”),包装两种类型的香肠:4英尺长,35 – 38毫米直径双联猪肉晚餐香肠和4英尺长,19毫米直径双联胶原蛋白早餐香肠,有三种托盘颜色和五种尺寸,6、8、10和14根装的各种品种。据O’Malley称,JLS公司设计的真空臂端工装可容易地在3至4分钟的时间内进行更换,适应不同香肠直径的要求,这样的操作每天至少要进行一次,有时要进行两次。

O’Malley报告称,自从安装以来,Kanyem公司的生产线效率已经提高了50%,香肠产品的首件质量通过率增加了25%。他解释说:“第一个证据,是产品上不会有手工操作的变化。有名的笑话是机器人从不请病假,所以,可以按额定速率运转,并保持额定速率。

“至于首件质量通过率增加25%的问题,我认为可归结为人手不接触产品的缘故。产品从连接机下来,直接被送到托盘上。并不是说,手工操作时,有人故意对产品进行误操作,而是因为大拇指的一个误动作,就会留下拇指手印;这样,就会需要将产品剥开,重新进行填塞。”

O’Malley承认,在与JLS公司合作之前,对于Kayem公司的职工而言,机器人有点神秘。他说:“JLS公司解除了我们对机器人的恐惧。客户服务团队的工作非常杰出,不仅帮助我们进行最初的启动,而且JSL公司还与我们结成合作伙伴关系,共同解决后来出现的任何障碍。“

自从安装以来使得生产线顺畅运行的还有一套远程监测和诊断系统,JLS公司将其称之为预防性维护保养;当出现问题时,这套系统让供应商能够与Heron系统的数据流联系。”O’Malley说:“JSL公司可以登录,实际查看运行情况,从约克市远程处理故障,不需要任何人搭乘飞机,也不需要我们停止生产线运行和花费一天半的时间查找问题。对我们而言,这是一份很大的资产。”

效率提高的结果,给Kayem公司增加了额外的能力,Kayem公司希望利用对Kayem公司自己品牌和Al Fresco香肠产品以及其定牌产品感兴趣的新客户填补新增的能力。Kayem公司也已在切尔西工厂使用JLS公司的自动化设备进行了推进,包括烹调烧煮真空包装产品的一次包装、二次包装和三次包装作业。

O’Malley说:“我建议企业让JLS公司进来提供一些解决方案。我认为如果你敞开思想,你会对他们给你做的事情获得深刻印象并为之感到惊奇。”(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (11/4/2012)
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