機器人：創造甜蜜時刻

在北美，World's Finest?巧克力家喻戶曉。自從1949年以來，這家糖果企業的巧克力條就被學校和其他組織用于募捐籌款等各種活動中。

盡管品牌和企業本身都是受人青睞的偶像，但是，從包裝自動化和效率來看，這家企業并沒有死守這些榮譽而不思進取。一年前，這家企業安裝了高度自動化解決方案，淘汰了手工裝載和技術較為陳舊的設備，而采用機器人來裝載定制化和可重復使用的注塑手提盒。新增加的工藝還有從塑料手提盒中自動去除一次包裝并放置到多種包裝中。

和上游手提包裝裝載機器人一樣，將單個包裝放入各種瓦楞紙包裝的工作也是在Cama 公司系統上進行的。之后，在今年夏季，已經沿用數十年的——巧克力條金屬箔包裹工藝外加印刷紙板的應用——都被來自Delta公司的包裝技術所取代。World's Finest? Chocolate（下文簡稱“WFC”）負責工程設計的高級總監Rich Jacob說，由于這些升級改造已經到位，因此，可以大幅度節省材料和勞動力成本，而且不久我們將會看到產量也會大幅提升。

讓我們先從機器人系統講起。WFC公司的產品極少通過零售渠道到達消費者手中，而其客戶多是學校、教堂、俱樂部和其他組織單位；他們定購的巧克力的品種和包裝形式廣泛而多樣化。比如，一家客戶可能想要每箱60條裝的1美元黑色巧克力；而另一家客戶則想要混合裝箱的黑色巧克力和牛奶巧克力；同時，第三家客戶會要求每箱30條裝的混合裝巧克力，內含2美元或3美元的巧克力條以及紙盒裝的焦糖巧克力或杏仁巧克力。這樣的訂單可能會是100箱，1,000箱甚至是10,000箱。

在北美，World's Finest? 巧克力家喻戶曉。

為滿足所有這些要求，WFC公司曾經雇傭一些工人并采用較為老舊的技術，將經過一次包裝的巧克力制品裝進瓦楞紙中轉箱里，之后這些包裝盒進入手工裝箱工序。在此工序中，另一組工人從中轉箱中手工撿拾一次包裝物并根據客戶需求，制作包裝箱。這道工序現已被美國Cama公司生產的精細、多功能和自動化機器人系統取代。六套Cama IT 285系統將一次包裝物裝載到可重復使用的手提式塑料中轉盒中，并被傳送到Cama IG 270系統，這套系統總的延伸長度達45英尺。而在Cama IG 270系統上，有13臺delta型機器人；前十臺機器人將一次包裝物從手提式包裝盒中撿拾起來，并將其放置到運行于IG 270系統中間的雙通道鏈板輸送帶上；系統末端的3臺delta型機器人，將一次包裝物從該輸送帶上撿拾起來，并將其放置到瓦楞紙板箱中，包裝箱在IG 270系統末端自動涂膠閉合。

來自成型車間

成型工序所在車間與包裝系統相鄰，在開放參觀的這天，正在生產的兩種巧克力條正在離開成型工序，并在一臺主輸送帶上陸續進行混合。在這臺主輸送帶上安裝著一套來自于Loma公司的金屬探測系統。

安裝在這臺主輸送帶上的，還有一套來自康耐視公司的視覺系統，這套系統用來區分1美元和2美元巧克力條。由于使用了WFC公司內部開發的控制系統，所有1美元巧克力條被轉向90度，進入巧克力條搬運傳送帶，到達指定的包裝機上；同樣，2美元巧克力條也會到達它既定的包裝機上。在主輸送帶對面一側是另一臺包裝機，這些包裝機將巧克力條輸送到Cama IT 285包裝袋裝載機器人上。

機器人從手提盒里將紙盒裝巧克力撿拾起來，并放置在雙通道鏈板輸送帶上。

巧克力條的傳送是由包裝機控制支配的，當包裝機準備好接受一排巧克力條時，每臺包裝機上基于PC的控制器就會給傳送帶上的掃描裝置發出信號。當接收到該信號時，一排巧克力條就從主輸送帶上的止動板處移動到傳送帶上。一塊擋板和轉向裝置，或者一條轉向傳送帶使巧克力條從寬邊向前變為窄邊向前；然后，巧克力條就移動進入包裝機內。一系列SICK 傳感器有助于確保適當間隔，以有效分割每條巧克力的包裝。

WFC公司使用的柔性薄膜包裝是一種帶有冷密封涂層、由透明OPP和金屬OPP組成的雙層復合材料。透明OPP可在柔版印刷機上采用8色或9色進行反面印刷，這使得圖案能非常逼真地模仿老舊標簽外觀。

減少包裝成本只是轉換成薄膜包裝所實現的目標之一。新型包裝還能在保留基本設計完整不變的情況下，為巧克力條帶來更現代的外觀。因為它能更好地阻隔空氣，因此WFC公司產品的新鮮度得以提高。

噴墨打碼

單個包裝上的日期和批號代碼，采用Leibinger的JET3up系統進行噴墨打印的?！霸谖覀冊囉肔eibinger的噴墨打印機時，獲得了良好效果?！?Jacob說。

至于為什么Delta公司的Eagle包裝機被這個項目選用，Jacob說，一旦WFC公司決定使用薄膜包裝機，Delta就準備好滿足我們既定的時間表。當然，這并沒有什么壞處，機器設備的穩定運行速度為400條/分鐘，而已被取代的包裝機的最高運行速度為260條/分鐘。Jacob指出：“在將諸如Leibinger 噴墨打印機等其他設備整合到解決方案中等方面，Delta 的性能也很好。最后，我們所喜歡的是這種設備是本土制造，他們的技術支持和售后服務一直都非常棒?！彼€補充說，我們仍然在計劃進一步優化包裝工序的勞動力成本。

在雙通道鏈板輸送帶上的巧克力條和紙盒裝巧克力，被撿拾起來放入30 條裝的混合品種瓦楞紙板箱內。

Delta公司還進行了控制系統的升級和改造，每臺包裝機就與為其送料的傳送帶緊密地整合到一起。包裝機本身由PC 控制，采用Delta公司自行開發的SoftFlow軟件。“這是我們內部自己開發出來的一款開源控制器。”Delta系統公司銷售總監Liam Buckley 說，“對于人機接口（HMI）、運動和邏輯等所有這些東西，我們都通過PC 進行控制。因為這是完全開放的系統，他們可以進入并在屏幕上編寫梯形邏輯并進行修改。當然，這是受到密碼保護的，但是，程序可以在機器上進行修改，而不需要支付許可證費用或者需要另外的PC。這是完全開放的可供客戶和（或）我們現場技術人員進行存取的平臺。”

手提式包裝盒裝載機器人

為了更加仔細研究一下六臺Cama IT 285機器人手提式包裝盒裝載系統中一臺機器人的情況，讓我們選擇裝載1美元巧克力條的系統為例。離開包裝機的巧克力條，以400條/分鐘的速度被進料皮帶輸送帶送出。每一巧克力條被送入鏈板輸送帶里并在正確的傳送帶上移動。一旦24條巧克力進入鏈板，它們就被分配到一個撿拾工位上，而輸送帶就開始收集下一批24條巧克力。與此同時，機器人利用真空吸盤撿拾24條巧克力，然后將兩層巧克力條分別裝載于兩個手提式塑料包裝盒中。

一旦每個手提包裝盒里放置了16層巧克力條，就自動轉到另一個工位，在這個工位上，一名操作工人將其放置于托盤上。然而，Cama機器人不用等待兩個新的手提包裝盒占據裝載工位；在開始裝載時，旁邊兩個手提包裝盒已經裝滿。同時，空的手提包裝盒會自動移動到裝載位置，這樣，當輪到其裝載時，就一切準備就緒了。

在該裝載系統中，可重復使用的定制化注塑成型塑料手提包裝盒絕對關鍵，其設計主要由Jacob負責。

在描述19英寸x 9 ? 英寸的手提盒時，Jacob說：“像這種機器人裝載，我們需要的手提包裝盒不但要均勻一致，而且還必須容易進行托盤裝載，完全適用于40x48的托盤尺寸?！泵總€手提包裝盒都有一個食品級別的熱成型PVC鑲嵌件。Jacob說，從工裝和零件成本角度看，事實證明，讓Akro Mils公司的手提包裝盒實現普遍化和標準化，并采用產品特定鑲嵌件，是更加經濟實用的；這些由ITS公司供應，適配于手提包裝盒內部，為每種產品類型提供正確定向。

品種繁多的巧克力制品

由于六臺手提包裝盒裝載機以400條/分鐘的速度運行，因此，在六臺裝載機器人和清空手提盒機器人系統之間的廠房地坪上堆滿了托盤，而托盤上又滿載著一次包裝物，就不足為奇了?！拔覀兠恐芄ぷ魑逄?，每天開兩到三個班次，在任何一天里，都會有100萬至200萬條巧克力在生產制造之中?！毖趴刹颊f，“那聽起來好像非常多；但是，我們在一兩天之內就能包裝完畢?！?br/>
盡管絕大多數手提包裝盒中會裝有巧克力條，但是，有的會裝入包裝袋和其他包裝形式，其中包括用折疊紙盒裝的扭結包裝糖果，而這都是在六臺薄膜包裝機之外的設備上進行包裝的。不管在制品托盤上裝著什么，所有托盤最終都將進入到Cama IG 270旁邊的十條輸送帶進料器上。在那里，操作工人從托盤上將手提包裝盒拿下來，將其放置在輸送帶進料器中。從那里開始，Cama IG 270完成剩余的工作。

在參觀訪問的這天，正在生產的是每箱30條裝，含有5個品種的產品，裝箱速度大約是8條/分鐘?！爱斘覀冞\行每箱60條裝單一1美元產品時，我們運行的速度是30箱/分鐘?！盝acob說，“我們總計運行23種基本配方，每種配方都有不同的一次包裝組合。”

工作方法是這樣的，領頭的操作工拿來一份訂單，從人機接口處選擇正確菜單；然后，Cama系統自動進行調整，這樣，Delta型機器人就會知道需要什么樣的一次包裝，于是安靜地進行撿拾工作。同樣的，頭十臺機器人從手提包裝盒里進行撿拾，裝滿中間的雙通道鏈板輸送帶，而最后三臺機器人則從輸送帶上進行撿拾，裝到瓦楞紙板箱里。

“我們對Cama有一個要求：如果是多品種組合包裝，我們希望當包裝箱打開時，五種口味放置在最頂層?！盝acob說。就是這樣的要求讓Cama公司設計出運行于中間的雙通道輸送帶。

美國Cama公司總經理Billy Goodman說：“像我們這種delta型裝載系統，大多數是直接從輸送跑道或視覺輸送帶上裝載到紙板箱里；但是，為滿足WFC公司需求，我們必須讓每一品種在每層上都可以看得見。要實現這個目標的唯一方法，先是采用前十臺機器人創建所有口味的順序；然后，使用后三臺機器人撿拾并將每層放置到包裝箱里?！?/p>

軌道式輸送帶每次將24 條巧克力條輸送到機器人撿拾處，機器人撿拾巧克力條并將其放置在可回收的手提式塑料包裝盒里。

多功能機器人撿拾- 放置系統的工作情況也有點特別——并不需要視覺系統，而是需要將包裝位置信息傳送給機器人撿拾工具。所有必要位置的信息都存儲于每種菜單的軟件程序中。在十臺手提包裝盒卸載機器人中，任何一臺機器人都確切知道它需要將一個包裝放置在哪個位置，而最后三臺裝箱機器人也確切知道每次它們需要從哪個位置進行撿拾。

因為一次包裝的種類繁多——不僅有三種尺寸的巧克力條還有折疊紙盒裝甚至是軟包裝——并撿拾和放置在不同瓦楞紙板箱中，因此，必須對雙通道輸送帶上的鏈板進行調整。“我們使用伺服電動機對那些鏈板的寬度進行調整?！?Goodman說，“在整個紙板箱裝載系統里，有60多臺伺服電機，每臺電機都是電機與傳動裝置的組合。我們之所以選用博世力士樂的產品，部分原因是我們喜歡在一個單元里，使用這種緊湊的一體化電機和傳動裝置，有助于減小我們配電板的尺寸?！?br/>
空的手提塑料包裝盒落入Cama IG 270下面的一臺輸送帶上，并被輸送到一個進行人工堆垛的工位。然后，這些托盤被放置在六臺Cama手提包裝盒裝載機旁，一名操作工人根據需要將其放置到裝載系統上。

稱重檢重系統

從裝箱機出來之后會經過梅特勒- 托利多公司的檢重稱，它能識別出箱內物品數量不正確的任何包裝箱。接下來是Longford公司的三臺票卷或說明書插入機，在這之后，包裝箱準備就緒，在Cama系統上，使用諾信公司的熱熔膠進行封箱。

Jacob說：“我們想盡量在包裝箱尺寸數量上實現標準化，因此，有的包裝箱完全裝滿，而有的則不那么滿；這完全取決于客戶要求的產品組合情況?！彼褂玫陌b箱尺寸，共有四種；但是，印刷差別很大。

Jacob補充說，與我們以前所使用的紙板箱相比，國際紙業公司提供的這些紙板箱非常獨特，而且經過大幅度的優化處理?！拔覀円郧霸嗁忂^雙瓦楞紙板箱，在操作工人手工裝滿并封閉紙板箱后，我們會增加一個塑料提手?，F在，我們使用的是從頂部裝載的B 楞單瓦楞紙板箱。該紙板箱有一個強化處理過的區域，其中有一個整體化把手，這是紙板箱本身的一個組成部分。加強材料來自于H.B. Fuller公司的熱激活膠帶，這種膠帶一般用于洗衣粉的包裝箱。為了使其能適合現在的應用，我們做了大量工作，至少進行了10次重復試驗，最終我們做到了。這些包裝箱在多數情況下是為孩子們走家串戶募捐籌款時使用，他們可能不太愛惜這些瓦楞紙板箱，我們必須確保把手能完整地保存下來?！盝acob估計，創造和改造這種新的紙板箱，節約了大約50%的材料成本費用。

封箱后，紙板箱旋轉一個直角，進入兩套壓敏標簽黏貼系統。只有當客戶選擇以某種方式識別自己時，才會使用這種標簽黏貼系統。為什么需要兩套標簽黏貼設備呢？因為如果客戶甲和客戶乙都想在他們的包裝箱上黏貼標簽，而客戶甲的生產批量是500箱，那么，第二套標簽黏貼機可以提前進行準備，這樣，兩次生產運行之間的停機時間可壓縮到最短。

在我們最近參觀訪問位于芝加哥西南側工廠的過程中，Jacob反復強調在工廠驗收測試完畢后的很長一段時間里，關鍵設備供應商隨時準備提供駐廠援助的重要性。他說，特別是Cama公司，在其手提包裝盒裝載和清空機器人運行不到一年的時候，WFC公司決定將巧克力條包裝從用鋁箔和紙包裝改成柔性薄膜包裝。因此，這家公司忙得不亦樂乎。這種一次包裝的更改，意味著將單條巧克力條輸送進入機器人應該窄邊向前，而不是寬邊向前。

“我們必須將全部六臺手提包裝盒裝載機旋轉90度，重新設置裝載巧克力條的方法，將其輸送到軌道式輸送帶上?！盙oodman說。

在回顧這個充滿驚喜并快速推進，其中還包含了前沿設備和最新初級和次級包裝的項目時， Jacob承認這確實是一次挑戰。“與一年前相比，我們一下子超前好幾年?！彼詈筇貏e指出，“沒有所有供應商的鼎力支持，我們無法取得圓滿的結果?！?/p>