Решения Festo для групповой и конечной упаковки

Во всем мире и в нашей стране, в частности, наблюдается устойчивый рост потребления упакованных продуктов питания. Неупакованные машинным способом продукты фактически ушли в прошлое. Рынок упаковки последние 10 лет растет опережающими темпами. На растущий потребительский спрос производители продуктов питания отзываются наращиванием объемов производства.

Повышение объема производства происходит за счет повышения производительности технологического и упаковочного оборудования, что естественным образом ведет к увеличению количества готовой продукции для групповой и конечной упаковки. В связи с этим происходит резкое повышение количества рабочего персонала в зоне упаковки. Вкупе с ростом заработных плат это означает несоразмерный росту объема производимой продукции рост совокупных затрат на персонал. Кроме того, в случае сезонных или других периодических изменений потребительского спроса большое количество штатного персонала не позволяет гибко регулировать данные затраты. Рост объема выпуска продукции также приводит к увеличению запасов на промежуточных зонах хранения, что говорит о росте совокупного связанного капитала (т.е. замороженных средствах).

В то же время для обеспечения требуемых объемов при существующих способах работы может требоваться увеличение площадей. Но само производство зачастую ограничено в площадях и не всегда имеет возможности для простого расширения, а расширение площадей ограничивает рост стоимости недвижимости.

Потребности производителей продуктов питания

Основной потребностью быстрорастущих производителей продуктов питания является оптимизация совокупных затрат на персонал. Это связано и с увеличивающейся долей этой статьи затрат в общих затратах предприятия, а также отсутствие необходимой гибкости для реакции на меняющийся спрос. Возрастающий связанный капитал также является негативной тенденцией, с которой нужно справляться. Кроме того, ограниченность и дороговизна производственных помещений заставляет задумываться о более эффективном их использовании.

Решение

Для эффективного решения задачи оптимизации совокупных затрат на персонал необходимо, прежде всего, оценить где происходит их концентрация. Если говорить о современных пищевых производствах, то основным центром концентрации является зона групповой и конечной упаковки. Разумным решением является использование автоматизированных комплексов групповой и конечной упаковки.

Для решения задачи сокращения связанного капитала (товарных запасов) необходимо производить только то, что быстрее всего будет реализовано. Это возможно при сокращении партий производства продукции одного типа, тогда лучше можно реагировать на запросы потребителей. Для сокращения размера партий без ущерба для пропускной способности производства необходимо иметь оборудование (в том числе и упаковочное) гибкое и универсальное, чтобы оно могло работать с разными типами продукции и имело малое время перехода с продукта на продукт.

Применение автоматизированных комплексов групповой и конечной упаковки высокой производительности позволяет более эффективно использовать занимаемые площади, высвободив их для расширения или решения других задач.

Системный подход

Задачи автоматизации зон групповой и конечной упаковки являются комплексными и требуют системного подхода для их решения. Festo использует системный подход на всех уровнях: начиная от формирования концепции автоматизации и продуктовой линейки и заканчивая решением конкретных задач.

Таким системным подходом для Festo являются концепция Мехатроники. В рамках концепции Мехатроники разработан оптимизированный набор компонентов (пневматических, механических, электрических и электронных), программные средства для расчета и выбора элементов системы перемещения, а также для конфигурирования, настройки и программирования. Все механические, электрические и электронные интерфейсы стандартизованы, благодаря чему можно гибко подбирать состав системы перемещения под конкретную задачу. Базовые компоненты системы дополнены исчерпывающим набором опций и переходных элементов, что позволяет решать задачи построения и оптимизации мехатронных систем в комплексе.

Воплощением концепции мехатроники для задач групповой и конечной упаковки является ряд стандартизованных комплектных решений в области перекладки. Перекладчики оптимизируются под конкретную задачу и являются законченными модулями, укомплектованными системой управления и всей необходимой периферией.

Система укладки на базе портального Y-Z-манипулятора

Комплекс машин групповой упаковки, как правило, состоит из:

• Машины формирования тары (коробки, трея, коррекса и т.д.);
• Группиратора – укладчика индивидуальных упаковок с продукцией (мягких пакетов, баночек, коробок, бутылок и т.д.) в групповую;
• Машины заклейки коробок;
• Транспортных линий (конвейеров);
• Паллетизатора (укладчика коробок на паллету).

Наиболее сложными машинами из приведенного списка являются группираторы и паллетизаторы. Рассмотрим более подробно комплектные решения Festo для реализации этих автоматов.

Системы укладки продукции в коробку

Укладчик на базе стандартного двухкоординатного портального Y-Z-манипулятора.

Принцип действия

Подающий транспортер передвигает шагами один объект или сформированную группу. Как только объекты для укладки подходят к зоне выгрузки, манипулятор захватывает их (с помощью вакуумного или механического захвата) и перемещает в коробку на определенную высоту и далее слой за слоем повторяет то же самое. Как только коробка заполнилась система отводящих транспортеров меняет ее на пустую. В качестве приводов по осям могут быть использованы как пневматические, так и электромеханические линейные приводы, в зависимости от количества точек позиционирования и производительности.

Характеристики систем с Y-Z-манипулятором:

• Производительность до 25 циклов/мин (с учетом времени работы захвата);
• Грузоподъемность до 50 кг.

Машины на базе таких манипуляторов используются для укладки сыпучих изделий в мягких пакетах в коробки, для укладки пластиковых баночек в трей, для укладки бутылок в коробку или ящик, для укладки конфет в коррекс и т.д.

Укладчик на базе Т-портала

Преимущества

Система укладки на базе портального манипулятора обладает высокой грузоподъемностью, большой гибкостью в плане комплектации (выбора приводов, рабочих ходов и дополнительных опций), легкостью перенастройки алгоритма укладки. Наиболее эффективно такие системы работают с предварительно сформированными группами объектов, при этом получается оптимальная производительность (по числу объектов в мин.)

Система укладки на базе T-портала EXCT – высокоскоростного Y-Z- манипулятора, построенного по принципу параллельной кинематики.

Принцип действия системы такой же как и у предыдущей – движения транспортеров шаговые. Главное отличие – это быстродействие: более чем на 30% быстрее, чем стандартная портальная кинематика. Это достигается путем максимального сокращения подвижной массы. Приводные серводвигатели расположены неподвижно, а двухкоординатное перемещение реализуется алгоритмом взаимосвязанного управления, приведенном на рисунке.

Характеристики систем укладки с T-порталом:

• Производительность до 60 циклов/мин (с учетом времени работы захвата);
• Грузоподъемность до 3 кг.

Автоматы на базе Т-портала применяются для укладки разнородных объектов среднего размера в одну упаковку, а также для повышения производительности автоматов укладки и сокращения габаритных размеров установки.

Преимущества

Автоматы укладки на базе Т-портала обладают повышенной производительностью за счет сокращения подвижной массы, компактными размерами при максимальном использовании рабочего пространства и чрезвычайной гибкостью позиционирования.

Система укладки на базе 3D манипулятора с параллельной кинематикой – трипода EXPT с функциями сортировки и отбраковки. Такие системы состоят из непрерывно движущегося конвейера с неупорядоченными продуктами, системы технического зрения, перекладчика трипода, системы отводящих конвейеров и шкафа управления. Данные комплексы характеризуются максимальным быстродействием и гибкостью, минимальным занимаемым пространством и наличием функций сортировки и отбраковки.

Паллетизатор на базе портального X-Y-Z манипулятора

Принцип действия:

Продукты после технологического или упаковочного оборудования попадают без какой-либо дополнительной группировки или упорядочивания на непрерывно движущийся транспортер. Далее проходят сквозь тоннель технического зрения, где определяется их положение, ориентация по углу, а также вид объекта и годность. В камеру SBOC уже встроены функции обработки изображения и она выдает сразу понятные для робототехнического контроллера CMXR (который управляет триподом) данные: координаты, угол, вид объекта. Помимо данных от камеры контроллер CMXR отслеживает скорость движения ленты подающего транспортера. Этой информации достаточно, чтобы сформировать траекторию движения манипулятора, захватить нужный объект «на лету» и уложить в заданную позицию. Такая система позволяет автоматически производить сортировку и отбраковку негодных изделий благодаря наличию системы технического зрения и свободно-программируемого манипулятора Трипода.

Характеристики систем с триподом:

• Производительность до 120 циклов/мин (с учетом времени работы захвата);
• Грузоподъемность до 5 кг.

Преимущества

Высокая производительность за счет использования высокоскоростного перекладчика трипода, высокая компактность системы в целом, благодаря отсутствию необходимости предварительной группировки, встроенные функции сортировки и отбраковки из-за наличия в автомате системы технического зрения.

Системы паллетизации

Паллетизаторы – это автоматические системы укладки транспортной тары (картонных коробок) на паллеты. Существуют различные способы реализации данных автоматов. Рассмотрим два стандартных решения Festo для их реализации.

Послойная паллетизация

Первый вариант предусматривает укладку предварительно сформированных слоев (см. рисунок), например, по 4 коробки.

Принцип действия

Коробоки формируются в группы по 4-е с помощью двух транспортеров и пневмоцилиндра. Группа подходит к зоне погрузки и двухкоординатный манипулятор захватывает ее и укладывает на паллету. Далее слой за слоем до заполнения паллеты. После заполнения паллета перемещается по отводящему рольгангу или конвейеру, а на ее место подается пустая из рядом стоящей стопки. Затем все повторяется снова. Перекладчик построен на базе 4 электромеханических приводов с каретками по вертикали и 2 по горизонтали.

Характеристики

• Производительность до 10 слоев в мин;
• Грузоподъемность до 100 кг.

Система укладки на базе манипулятора-трипода с функциями сортировки и отбраковки

Преимущества

Основным преимуществом данной системы является компактность конструкции в первую очередь по высоте, что дает широкие возможности ее применения в ограниченных пространствах. Послойная укладка обеспечивает высокую производительность.

Паллетизация на базе портального манипулятора

Данный вариант паллетизатора строится на базе стандартных трехкоординатных портальных манипуляторов и реализует автоматическую укладку коробок (или любой другой групповой упаковки) на поддон по одной или несколько штук по заранее заданному алгоритму.

Принцип действия

Коробки по одной штуке движутся по подающему транспортеру и останавливаются в позиции для захвата (они могут быть сгруппированы по несколько штук). Далее манипулятор подходит указанной позиции и с помощью захвата (вакуумного или механического) начинает транспортировку в заданную позицию на паллете. В случае необходимости более прочной укладки коробки могут поворачиваться во время перемещения. В этом случае манипулятор оснащается четвертой поворотной осью. Таким образом, коробка за коробкой укладывается весь поддон. После замены поддона (ручной или автоматической) цикл укладки повторяется снова.

Характеристики

• Производительность до 8 циклов в мин (работа на одну паллету);
• Грузоподъемность до 25 кг;
• Рабочее поле XxYxZ – 8,5м x 2м x 2м.

Преимущества

Портальный манипулятор может быть установлен прямо над выходным транспортером с групповой упаковкой, что в ряде случаев не требует больших доработок конструкции.

Прямоугольная конструкция портального паллетизатора позволяет эффективно использовать установочную площадь, что является одним из важных моментов существующих производств.

Чрезвычайная гибкость траекторий движения и алгоритмов укладки позволяет адаптировать систему под любые объекты и производить быструю перенастройку с продукта на продукт. Возможность изготовления паллетизатора с большим рабочим полем позволяет обслуживать до 6 паллет одновременно (производя, например, сортировку). Гибкость комплектации по ходам перемещения позволяет адаптировать установку именно к требуемой задаче, что дает возможность еще лучше оптимизировать используемые площади, а также и совокупные затраты.

Система управления

Любая система перекладки Festo, в том числе и для решения задач групповой упаковки, может быть укомплектована оптимизированной системой управления. Для решения этой задачи предусмотрен стандартизованный шкаф управления CMCA.

Шкаф управления CMCA с предлагаемым как опция управлением 3D-траекториями служит для трехмерного перемещения сложных и высокодинамичных кинематических схем.

В его составе: контроллеры для робототехники, контроллеры двигателей, шкаф или монтажная панель. Возможно встроить дополнительные элементы и функции. Готовая к подключению система управления поставляется комплектно со встроенной кинематикой и базовой параметризацией.

Шкаф управления СМСА

Преимущества решений Festo

Рассмотренные решения Festo для автоматизации процессов групповой и конечной упаковки:

• Являются полностью автоматическими решениями, что позволяют оптимизировать количество персонала в зоне упаковки;
• Обладают высокой гибкостью по перестройке алгоритмов перемещения, отличаются быстротой перехода с одного продукта на другой, что дает возможность производить только необходимую в продаже продукцию и не создавать излишних товарных запасов – связанный капитал сокращается;
• Являются масштабируемыми под конкретную задачу, а значит, имеют компактную конструкцию, что дает эффективное использование производственных площадей.

Решения Festo по перекладке и упаковке являются комплектными и поставляются по принципу «Все из одних рук». Данный принцип позволяет быть уверенным в работоспособности разрабатываемого и эксплуатируемого оборудования, а также сокращать логистические издержки, как при производстве, так и при дальнейшей эксплуатации оборудования.

Фото и материалы предоставлены Festo