机器人在包装行业的应用

寂静回声

机器人在包装方面的应用正在呈不断上升趋势。据PMMI的一份报告称，自2008年以来，对使用机器人的包装厂家进行过调查，原来五家生产厂商中有一家使用机器人；而如今，四家生产厂商中有三家使用机器人。其中包括食品饮料、医药、医疗器件和消费类产品（非食品饮料产品）等方面的应用。

该项调查显示，在应用机器人时，终端用户希望获得的好处有：减少劳动力（67%）、提高产品质量的可靠性（66%）、提高操作人员的安全（57%）、提高整体效率（52%）、提高运行灵活性（31%）、降低运行成本（15%）和减少占地面积（13%）。

本文将通过三个案例来展示机器人如何帮助食品饮料企业获得以上这些益处。

机器人码垛的灵活性为瓶装厂带来便利

作为百事可乐的一家独立装瓶厂，Cl inton’s Ditch Cooperative公司于1968年成立于纽约的Cicero。今天，这家公司每年灌装大约2,200万瓶（罐）碳酸饮料、矿泉水、能量饮料和纯净水等，其产品在美国的纽约州、大西洋中部地区和整个加拿大销售。2010年，Clinton’s Ditch公司认识到其罐装饮料业务正在逐渐减少，以至于其规模较小的罐装生产线大半年都闲置着。Clinton’s Ditch公司厂长Tom Millert 说：“从那时起，我们开始寻求利用这条生产线从事其他工作，拆掉它，将其变成一条玻璃瓶包装生产线。”

在2011年和2012年，随着各种尺寸的新饮料包装罐越来越受欢迎，Clinton’s Ditch公司决定在闲置未用的生产线上投资，将其变成能够灌装多种尺寸包装罐的生产线，包括7.5盎司、8盎司、 12盎司装的标准罐，12盎司的时髦包装罐、 16盎司和24盎司的包装罐等。“灵活包装罐生产线动议”包括安装不少新的机器设备、零件更换和翻新改造等。Clinton’s Ditch 公司报废了已有36年历史的常规码垛设备，从传送带和自动化技术公司购买了型号为LP-7500 的新型高速机器人装箱码垛机，这套设备于2014年4月进行了安装。

Millert厂长说：“我们有两套1987年的老式码垛机，无法对这两套设备进行改造，使其能用于搬运各种包装。对于能够搬运的包装，这两套设备又不能轻柔或高效率地处理，结果，常常发生包装和容器被损坏和断裂的情况。另外，我们还希望有那么一台机器设备，能够以合理成本方便地添加新容器、新包装瓶罐或尺寸大小不同的托盘。”采用新的灵活包装罐生产线，灌装好的包装罐可以传送到四台二次包装机器设备上，采用纸板箱、托盘、收缩薄膜或高锥形环包装等形式进行包装，所有这些都采用新的码垛机进行处理。

LP-7500型机器设备由三台Fanuc机器人构成：两台LR Mate 200iD型6坐标行放置机器人和一台M-410iC型码垛机器人。在生产线运行过程中，灌装好的包装罐在完整的包装箱传送带上，从距离Clinton’s Ditch公司前生产区域大约550英尺远的地方，被传送到安装了码垛机的另外一个厂房。在这里，包装罐经过一个向下斜坡被送到48英寸高的码垛机器人进料口。在此，对包装箱之间的距离进行测量，使其至少有3英寸的间距，然后进入系统分层成型部分。下一步，按照HMI 屏幕选择的托盘式样，两台LR Mate 200iD型机器人轻柔地转动或（和）将每个包装定位于三个区域中的一个。然后，按其适当的顺序和位置进入分层累积区域，在这里进行分层，准备进行码垛。

第二台M-410iC型机器人的有效负载为690磅，配有定制伺服驱动臂端分层捡拾工具和底架，每次捡拾、弄成方形，并将整个一层包装罐放置于托盘上。只要能放置于40 x 48英寸托盘上的任何一层包装罐，该套工具都容许其采用同样的工具进行托盘装载。在Clinton’s Ditch 公司里，托盘尺寸包括36 x 43.5英寸、36 x 42英寸和40 x 48英寸几种尺寸。

据传送带和自动化公司销售副总裁Gus Sarikas称， 对Clinton’s Ditch公司而言，系统的最大优势之一，是其灵活性和转换的方便性，这恰好是灵活包装罐生产线的诉求所在。“转换真的是非常迅速，”他说，“操作人员只需选择准备使用的参数，更换行放置机器人的臂端工具（这项任务只需花费五分钟时间），然后再调整进料导轨，系统就可以处理新产品了。“之所以这对Clinton’s Ditch公司很重要，是因为他们的二次包装尺寸范围较广， 包括6罐、8罐、12罐和24罐等各种包装。他们的包装高度、直径和包装箱尺寸等都是可变的。另外，他们的托盘尺寸也是可变的。因为一天之中，他们或许会生产4至6种产品；为了适应所有这些可变因素，能够快速进行更换至关重要。”

目前，传送带和自动化公司为Clinton’s Ditch公司的11种托盘式样设计了程序，并供应了22种臂端工具，用于两种不同的行放置机器人。自从将其小型包装罐生产线改造成灵活生产线以来，Clinton’s Ditch 公司的产量预计可以从2012年的430万箱大幅度增加到2015的880万箱。新的码垛机器人可以从容处理这一产量。

机器人助意大利生产商重获新生

对于意大利面食生产企业Pastificio Ghigi公司而言，在2007年金融危机之后，自动化为其提供了再生和重新恢复竞争力的康庄大道。Ghigi 公司于1870年成立于Rimini。130多年以来，这家企业一直都是硬质小麦的主要买家，给当地的小麦生产者和为意大利面食提供原材料的其他供应商提供大力支持。在其巅峰时期，Ghigi 公司雇佣400多名工人，每日生产220吨意大利面食。但是，在经济衰退的20年里，面对日趋激烈的市场竞争，Ghigi 公司丧失了竞争力，被迫于2008年倒闭。

公司倒闭不久，Forli-Cesena-Rimini的农业财团认识到Ghigi公司对当地经济所起的重要作用，为了帮助重振和发展Emilia-Romagna 地区，在意大利的圣克莱门特重新开办了这家公司。新厂占地面积大约为33万平方英尺，以其高度自动化闻名于世；实际上，几乎工厂里的所有活动都是自动化的。Ghigi公司项目经理、Bartolo Aprea说：“自动化是在市场上获得真正竞争力的唯一途径。”

为了供应和整合公司的8条包装生产线，Ghigi公司与Tiber Pack公司密切合作。Ghigi公司的主要系统要求（特别是对生产线终端的机器设备而言），是能小心仔细处理一系列产品和包装类型，可靠性能与年产75万吨干意大利面的产能相匹配。为了实现这个目标，Tiber Pack公司安装了4台来自Comau公司的智能PAL 180-3.1型码垛机器人。

智能PAL 180-3.1型码垛机器人是四坐标机器人，每个配备有180公斤有效载荷和3100毫米的活动范围。在Ghigi公司里，机器人处理来自两条包装生产线的产品。包装箱尺寸范围从大约51/8x10x10英尺到271/2 x153/4x12英尺，重量范围从7.7 磅到86磅。

据Aprea称，包装箱在托盘上的定位至关重要。Ghigi 公司的产品90%供出口，所以，包装箱必须仔细小心和稳固地放置在托盘上，以保证运输过程中产品的品质。他说：“取决于多种因素，我们的包装形状和重量会发生变化，包括包装箱中的意大利面类型、所用的包装箱类型（有的包装箱使用较少的瓦楞纸板，而且会有特殊形状）和产品发往的国家等。这意味着，在包装和码垛过程中，我们不容许出现差错。”

这些变化要求机器人能在不同位置上，以不同灵敏度处理不同重量的各种包装箱。再者，机器人必须能够根据不同产能和精确度进行调整。不准确性主要来自意大利面的成型工艺，因为经过一段时间的运行，有时意大利面产品会在重量和尺寸上略微不同于标准产品。Comau 公司的机器人能毫无例外地处理这些任务和变化。”为了能精巧地处理意大利面产品的包装箱，智能PAL机器人装备有爪端执行器，采用手指抓拿包装箱。更换非常快，而且方便，这使Ghigi公司能满足其高产品速率。

据Aprea称，安装Comau公司的机器人不仅给Ghigi公司本身带来好处，而且也给财团内部的工人和原材料生产企业带来好处。“自动化使我们能为一起工作的操作工提供高水准的培训。”他说，“在我们工厂里工作的人不仅仅是工人，还是有技能的员工，能够领导自动化生产线的工作。随着工作时间的增加，他们的责任也在连续不断地增加。”另外，由于生产线从一开始就得到了精准的控制，因此，我们的生产速率和生产效率、我们在不同阶段的成果和效率、以及与废品相关的成本降低等方面都得到了保证。这也使得我们能大幅度减少生产成本，从而使我们有更多资源投资在原材料上。这样，Ghigi公司有能力将工厂产生的价值延伸到整个价值链上。

定制解决方案最大限度减少精致零食受损

包装诸如玉米或大米等零食时，工艺过程中的每一个步骤都会增加产品受损的风险。正是出于这方面原因，2015年2月，为了能最大限度地减少产品的心生产企业SanoRice公司在其位于荷兰Veenendaal的工厂里添置了配有定制化机器人和臂端执行器的新型装箱机。采用其现有的装箱设备，被薄膜包裹的米糕卷通过传送带输送到装箱机；采用皮带输送系统将其从水平位置翻转到垂直位置。然后，当其处于垂直位置时，米糕卷被推进成列，直至包装箱装配完毕。从那里，通过推进系统，整个配置被带到包装箱处。为了取消这些步骤，SanoRice公司与设备供应商BluePrint自动化公司合作。过去，BluePrint公司曾为SanoRice公司提供过15台以上的标准装箱设备。

系统的其他要求包括更换时间要少于5分钟、能够处理不同包装箱或托盘配置（包括2×3、3×3、3×4和4×4等等）、能够提高速度等，荷兰BPA公司销售主管Ed Mets 解释说。这套解决方案的组成包括一台专为食品行业设计的装箱机，配备有不锈钢框架和5分钟自动转换装置，然后整合到一台配备了特殊吸盘执行器的BPADelta型机器人上。“将装箱机与自动转换装置以及Delta机器人结合起来，能够实现最大的灵活性。”Ed Mets说道。

用这套新系统，产品被水平传送到通向包装机的传送带上，这也正好位于机器人首部下方。机器人捡拾起完整一列，从传送带上将其举升起来，然后再移动到开启的包装箱内。在过渡过程中，机器人头旋转90度，垂直旋转食品卷。然后，它们一行一行地以此位置被放入包装箱内，直至包装箱装满为止，接着被传送到结束站点。从一种包装箱尺寸自动化转换成另一种包装箱尺寸的工作，是通过7个设定点来实现的。Ed Mets解释说：“我们使用已经过预设定的电主轴，所以，你只需选择配置，机器将进行自动更换。”

由于为产品和包装提供了灵活性，系统可以处理从大约10.6×7×6英寸 ( 用于3×2配置) 到14×10.6×6英寸(4×3)的包装箱尺寸以及90毫米直径，长度从150毫米到250毫米的食品卷。产品可采用高托盘和低托盘包装，或采用包装箱。装箱机设备的运行速度为每分钟80卷，或每分钟13箱，比SanoRice公司的原有工艺提高了12%。据Ed Mets称，新系统还占用较少空间面积，增加99%的效率；相比公司的标准装箱系统，操作使用更加方便。公司对这套解决方案非常满意，于是，他们又从BPA公司订购了第二套系统。