Robotyzacja linii produkcyjnej w branży FMCG - opis przypadku

Wspominałem już o korzyściach płynących z robotyzacji linii produkcyjnej, jednak teraz opiszę je na przykładzie z życia wziętym.

 

Wprowadzenie: stan przed robotyzacją

Proszę wyobrazić sobie firmę produkującą dobra szybkozbywalne FMCG, która pracuje pięć dni w tygodniu w trybie trzyzmianowym. Produkcja w tej firmie opiera się tam na sześciu liniach produkcyjnych, a interesującym nas miejscem jest zakończenie tych linii. Łącznie pracuje tam dwanaście osób paletyzujących produkt w opakowaniach zbiorczych o wadze do 1,5 kg.

Do ich obowiązków poza peletowaniem należy kontrola jakości zarówno produktu, jak i oznakowania opakowań zbiorczych; przy czym na każdej linii może być produkowane równocześnie do pięciu produktów. Dodatkowo pracują dwie osoby odpowiedzialne za transport palet - zarówno pełnych, jak i pustych - gdzie utrudnieniem są cztery różne typy palet, z których korzystają odbiorcy. Kolejne dwie osoby obsługują maszyny owijające palety. Pomijam pozostałe osoby będące zatrudnione w tym dziale firmy, a obsługujące pozostałe maszyny pakujące produkty. Łącznie jest to około 25 osób na zmianę w tej części fabryki. Wydajność pracy wynosi około 60% OEE maszyn produkcyjnych.

Rysunek 1 Schematyczny wygląd linii przed inwestycją.

 

W związku z szerokim i długoterminowym planem rozwoju fabryki, zdecydowano się na robotyzację procesu paletyzacji.

 

Założenia do inwestycji w robotyzację

Założenia do inwestycji w robotyzację:

• Zapewnienie możliwości pakowania wszystkich produktów równocześnie, gdzie obecnie minimum to 5 produktów x 6 linii = 30 stanowisk paletyzacji.
• Zapewnienie stałej wydajności paletyzacji oraz zwiększenie OEE maszyn produkcyjnych.
• Poprawienie jakości produktu przez brak uszkodzeń opakowań zbiorczych i dokładności odłożenia ich na paletach.
• Zwiększenie automatyzacji oraz ułatwienie dokonywania kontroli produkcji poprzez wdrożenie systemu SCADA.
• Wyeliminowanie błędu podczas pakowania, w którym jest niepoprawna segregacja produkowanego produktu do opakowań zbiorczych.
• Odciążenie pracowników od monotonnej i ciężkiej pracy narażające w dłuższej perspektywie czasu na schorzenia oraz częstsze niedopatrzenia podczas wykonywania kontroli jakości produktu oraz opakowania zbiorczego.
• Zmiana charakteru pracy z fizycznej na nadzór i kontrolę jakości produkcji.

 

Realizacja inwestycji w robotyzację

Realizację inwestycji powierzono firmie zewnętrznej, specjalizującej się w automatyzacji i robotyzacji procesów produkcyjnych. Ma ona za zadanie wprowadzić roboty i zintegrować proces paletyzacji z liniami produkcyjnymi, stworzyć system transportu palet, system owijania i zabezpieczania produktów na paletach oraz stworzyć system nadrzędny SCADA. System ten ma pozwalać na sterowanie poszczególnymi elementami linii pakującej z jednego miejsca, na podgląd błędów, zmianę zleceń oraz zwiększenie elastyczności procesu pakowania. SCADA ma również stworzyć przyjazne środowisko graficzne dla operatora.

W czasie projektowania, należy ściśle współpracować z firmą wdrożeniową, aby efekt końcowy jak najbardziej odpowiadał wymaganiom firmy oraz w jak największym stopniu korzystać z wiedzy i umiejętności firmy integratorskiej.

 

Gotowy projekt zawierał w sobie wykorzystanie łącznie dziesięciu robotów, w tym osiem odpowiedzialnych bezpośrednio za paletyzację opakowań zbiorczych. Dwa pozostałe odpowiadają za prace przygotowawcze paletyzacji, czyli podawanie palet i nakładanie elementów dodatkowych. Zastosowano również automatyczną segregację produktu, poprzez liniową maszynę sortującą oraz nadrzędny program kontroli produkcji SCADA. Inwestycja obejmowała również stworzenie systemu transportu i owijania palet. Aby proces robotyzacji miał poprawnie funkcjonować, należy odpowiednio przeszkolić pracowników z zakresu obsługi, a dział utrzymania ruchu z programowania robotów.

Do inwestycji wykorzystano roboty Yaskawa Motoman serii MPL160-100II przeznaczone do paletyzacji, posiadające cztery stopnie swobody oraz udźwig 100kg. Należy zwrócić uwagę, że udźwig jest znacznie większy niż masa pakowanego produktu. Ma to uzasadnienie w związku z zastosowanym uchwytem z matą ssącą podzieloną na dwa segmenty, którego masa wraz z oprzyrządowaniem wynosi około 30kg oraz możliwością podnoszenia równocześnie czterech zgrupowanych opakowań zbiorczych. Dzięki takiemu przewymiarowaniu, możliwa jest praca robota z prawie maksymalną prędkością. Dla każdego robota wyznaczone są cztery stanowiska paletyzowania, co łącznie daje 32 stanowiska. Linie podające produkt posiadają dwa stanowiska dla każdego robota, co znacząco zwiększa wydajność pracy poprzez grupowanie produktów.

 

 

Liniowy system sortowania produktu został tak dobrany, aby zapewnić pełną wydajność produkcyjną, łącznie przy dziesięciu liniach produkcyjnych. Zapewnia to możliwość dalszej rozbudowy firmy i zwiększenia produkcji poprzez kolejne inwestycje. System ten tworzy pętlę, która umożliwia kilkukrotne sprawdzenie produktu przed odrzuceniem na tor boczny.

System SCADA prócz komunikacji pomiędzy człowiekiem a maszyną potrafi nadzorować takie parametry jak zużycie energii, zliczanie produktów na palecie, sterowanie systemem transportu palety i jej elementami zapewnia on również wizualizację obecnego stanu maszyn i produkcji.

 

Rysunek 2. Poglądowy wygląd po dokonaniu inwestycji robotyzacji linii pakowania bez linii transportu palet oraz owijania.

 

Skutki inwestycji

Wprowadzenie całego systemu paletyzacji i kontroli produkcji umożliwiło przesunięcie pracowników na inne działy. Obecnie do nadzoru całości paletyzacji wystarczą dwie osoby - jedna odpowiedzialna za nadzór nad robotami, druga zajmująca się ręczną segregacją odrzuconych produktów. Osoby zatrudnione w całym dziale pakowania stanowią obecnie dwanaście osób, a do ich obowiązków należy podstawowa obsługa maszyn, obsługa systemu SCADA oraz kontrola jakości produktów.

Znacznym zyskiem dla tej firmy jest:

• Zwiększenie wydajności maszyn produkcyjnych do około 80% OEE - wzrost o 20%.
• Zapewnienie wysokiej wydajności paletyzacji - roboty nie chodzą na przerwy, a na ich wydajność nie ma wpływu samopoczucie operatora.
• Zmniejszenie ilości reklamacji ze względu na uszkodzenia opakowań zbiorczych.
• Wyeliminowanie błędów paletyzacji w postaci zmieszania produktów i orientacji opakowań na palecie.
• Odciążenie pracowników od pracy fizycznej zwiększając tym samym komfort pracy oraz zadowolenie pracowników.
• Wykorzystanie pracowników do pracy twórczej, zachęcając ich do szukania rozwiązań optymalizacji produkcji. Jako osoby najbardziej doświadczone w zakresie obowiązków i koniecznych prac operatorzy potrafią wskazać najsłabsze punkty w procesie produkcji oraz zoptymalizować realizowane przez siebie zadania.
• Zmiana wizerunku firmy jako nowoczesnego zakładu

 

Dzięki przeszkolonym pracownikom utrzymania ruchu możliwe jest tworzenie nowych planów paletowych, co daje możliwość wprowadzenia nowych produktów oraz korygowanie już istniejących bez konieczności wsparcia od firmy zewnętrznej. Ogranicza to w znacznym stopniu czas wdrażania nowego produktu jak i jego koszty.

Wprowadzenie przez firmę integratorską zrobotyzowanego systemu paletyzacji nie oznacza, że rozwiązanie to jest w pełni zadowalające i nie wymaga zmian. Wraz ze wzrostem wiedzy pracowników oraz ich umiejętności, potrafią usprawnić pracę robotów lub poszukać rozwiązań zwiększających ich żywotność.

Raz wprowadzony proces nie musi być stały. Magazyny przechowujące zarówno puste, jak i palety z wyrobem gotowym, są również rozwijane o system automatycznego magazynu. Daje to kolejne możliwości rozwoju firmy, poprzez zwiększenie możliwości magazynowych. A to również obniża koszty oraz zwiększa wydajność.

Jak widać, wprowadzenie automatycznego i zrobotyzowanego procesu paletyzacji zwiększyło ogólną wydajność maszyn produkcyjnych, zwiększyło jakość paletyzacji, odciążyło pracowników i umożliwiło wykorzystanie ich potencjału do dalszego rozwoju oraz umożliwia dalsze procesy zwiększenia wydajności i ograniczenia kosztów. 

------------

 

O autorze: mgr inż. Marek Wiktor Szelerski jest absolwentem Wydziału Elektrycznego Politechniki Poznańskiej na kierunku automatyka i robotyka, specjalność automatyka i elektronika przemysłowa. W swojej pracy zawodowej zajmuję się zagadnieniami związanymi z naprawą, modernizacją oraz projektowaniem układów automatyki przemysłowej, pneumatyki i mechaniki powiązanej z wieloma gałęziami przemysłu przetwórczego i produkcyjnego. W szczególności interesuję się automatyką przemysłową, programowaniem układów sterowania, mechaniką, obróbką metali, budową maszyn i urządzeń.