Эффективные способы применения роботов на разных этапах упаковочного процесса

Современные роботизированные системы применяются не только для паллетирования готовой продукции. Роботы могут участвовать практически на каждом этапе упаковочного процесса: перемещать изделия, группировать их, укладывать в короба, выполнять сортировку, контролировать качество, отбраковывать продукцию и формировать готовые паллеты.

Упаковка и распаковка входят в число основных технологических операций применения промышленных роботов в России. Компания выделяет паллетирование, сортировку, перемещение, отбраковку, упаковку и работу с оборудованием как востребованные сценарии роботизации.

При этом эффективная автоматизация начинается не с выбора конкретного робота. Сначала необходимо определить задачу, характеристики продукции, требуемую производительность и экономику проекта. Только после этого подбирается роботизированный комплекс, который сможет стабильно работать в составе существующей линии.

Роль роботов в упаковочном процессе: задачи и преимущества

Основная задача робота на упаковочном участке — выполнять повторяющиеся операции с заданной скоростью и точностью. В отличие от ручного труда, роботизированная система способна работать длительное время без снижения производительности из-за усталости или изменения условий смены.

В зависимости от производства робот может использоваться для:

• подачи продукции на упаковочную линию;
• перемещения изделий;
• группировки товаров;
• укладки продукции в короба;
• фасовки;
• закрытия и перемещения упаковки;
• сортировки;
• визуального контроля;
• отбраковки;
• укладки коробов на паллеты;
• формирования готовых грузовых единиц.

Роботизация упаковки позволяет повысить производительность, обеспечить стабильность технологического цикла и снизить зависимость от доступности персонала.

Еще одно преимущество — возможность работы в режиме, который сложно обеспечить при полностью ручном процессе. Например, роботизированный паллетайзер может работать круглосуточно, если это предусмотрено технологией и требованиями предприятия.

При этом автоматизация не всегда означает полную замену сотрудников. Робот может взять на себя физически тяжелые и монотонные операции, а персонал — контролировать процесс, выполнять настройку оборудования и заниматься задачами, требующими принятия решений.

Классификация роботов для упаковки: дельта-роботы, SCARA, шарнирные и коллаборативные

Для упаковочных процессов используются разные типы промышленных роботов. Выбор зависит от массы продукции, скорости операций, необходимой точности, рабочей зоны и требований к гибкости.

Дельта-роботы

Дельта-роботы отличаются высокой скоростью работы и хорошо подходят для операций pick-and-place — захвата изделия и его перемещения в заданное место.

Они могут применяться для:

• сортировки продукции;
• группировки изделий;
• укладки товаров;
• комплектования упаковок;
• перемещения легких объектов.

Особенно эффективны дельта-роботы там, где необходимо выполнять большое количество быстрых повторяющихся операций.

SCARA-роботы

SCARA используются для точного перемещения и сборки небольших деталей. Они отличаются компактностью и высокой скоростью повторяющихся операций.

Такие роботы могут применяться для упаковки небольших изделий, комплектации, укладки и других операций, где важны скорость и точность.

Шарнирные роботы

Многоосевые шарнирные манипуляторы подходят для более тяжелых и сложных операций. Они имеют большую рабочую зону и могут работать с различными захватами.

Одно из наиболее распространенных применений — паллетирование и перемещение коробов.

Коллаборативные роботы

Коллаборативные роботы предназначены для гибких производственных участков, где важны компактность, быстрое развертывание и возможность относительно простой переналадки.

Коллаборативные решения рассматриваются в том числе для небольших серий, сборки и упаковки. Компания также отмечает их компактность и возможность быстрого запуска.

Таким образом, вопрос стоит не в том, какой робот является лучшим, а в том, какой робот лучше соответствует конкретной упаковочной операции.

Первичная и вторичная упаковка: укладка, фасовка и группировка продукции

Первичная упаковка непосредственно контактирует с продуктом, а вторичная объединяет несколько единиц продукции в общую упаковку. На обоих уровнях могут использоваться роботизированные системы, однако задачи и требования к оборудованию будут различаться.

На этапе первичной упаковки робот может выполнять:

• подачу продукта;
• укладку в упаковочный материал;
• перемещение;
• дозированную подачу;
• позиционирование;
• комплектацию.

При вторичной упаковке робот может формировать группы изделий и укладывать их в короба или другую транспортную упаковку.

Особенно полезна автоматизация при больших объемах выпуска, когда оператору приходится выполнять тысячи одинаковых движений за смену.

Например, робот может получать продукцию с конвейера, определять ее положение, захватывать несколько единиц одновременно и укладывать их в короб по заданной схеме.

При изменении ассортимента программа может быть перенастроена под новую конфигурацию упаковки. Это особенно важно для предприятий, которые выпускают несколько форматов продукции.

Для подобных задач мы предлагаем рассматривать не отдельный манипулятор, а комплекс с соответствующим захватом, системой подачи, техническим зрением и программным управлением. Именно такой подход компания использует при подборе решений под конкретную производственную задачу.

Сортировка, отбраковка и инспекция с применением технического зрения

Одно из наиболее перспективных направлений роботизации упаковки — объединение манипулятора с техническим зрением.

Камера позволяет системе получать информацию о продукции, которая находится на конвейере. Программное обеспечение анализирует изображение и определяет, что необходимо сделать с конкретным объектом.

Например, система технического зрения может использоваться для:

• определения положения продукта;
• распознавания типа изделия;
• проверки комплектации;
• выявления визуальных дефектов;
• определения поврежденной упаковки;
• сортировки по категориям;
• обнаружения отсутствующих элементов;
• автоматической отбраковки.

После получения результата робот может захватить нужный объект и переместить его на соответствующую линию.

Это особенно эффективно для производств с большим количеством вариантов продукции. Вместо жестко заданной траектории робот получает данные о фактическом положении объекта и может корректировать свои действия.

Паллетирование и погрузка готовой продукции

Паллетирование — один из наиболее понятных и экономически привлекательных сценариев промышленной роботизации.

После завершения производственного процесса коробки необходимо собрать в паллету по определенной схеме. При ручной работе сотрудник многократно поднимает и перемещает тяжелые короба, выполняя однотипные движения.

Роботизированный паллетайзер берет эту операцию на себя.

Типовой комплекс включает:

• промышленный робот;
• захват;
• конвейер;
• систему подачи коробов;
• паллетный магазин или позиционер;
• ограждение;
• систему безопасности;
• программное обеспечение.

Робот получает короб с конвейера, определяет его положение, захватывает и укладывает на паллету по заданной схеме. После завершения слоя система переходит к следующему.

Преимущества паллетирования роботами:

• высокая повторяемость;
• стабильная скорость;
• снижение тяжелого ручного труда;
• возможность работы в несколько смен;
• снижение количества ошибок при формировании паллет;
• быстрая переналадка под разные схемы укладки.

Пример экономического эффекта

До внедрения на участке работали восемь операторов, после автоматизации — два робота и один сотрудник. Режим работы изменился с 12/5 до 24/7, а простои сократились с уровня до 20% рабочего времени до менее 3%. При стоимости проекта 8 млн рублей заявленная экономическая выгода за год составила 9,1 млн рублей, срок окупаемости — 10 месяцев.

Этот пример показывает потенциальный эффект роботизации, однако его показатели нельзя автоматически переносить на другое предприятие. Окупаемость всегда зависит от производительности, количества смен, ФОТ, стоимости оборудования и особенностей конкретной операции.

Особенности роботизации упаковки в пищевой промышленности: гигиена и стандарты

В пищевой промышленности к роботизированному оборудованию предъявляются дополнительные требования. Здесь важно учитывать не только производительность и точность, но и возможность безопасной эксплуатации оборудования в условиях конкретного производства.

При проектировании упаковочного участка необходимо учитывать:

• требования к гигиене;
• особенности мойки и санитарной обработки;
• материалы элементов, контактирующих с продукцией;
• конструкцию захватов;
• защиту оборудования от загрязнений;
• расположение кабелей и коммуникаций;
• доступность зон для обслуживания и очистки.

Оборудование должно проектироваться с учетом особенностей продукта и технологического процесса. Например, требования к роботизированной системе на производстве сухих продуктов будут отличаться от условий предприятия, где используются жидкости или проводится регулярная влажная мойка.

Отдельное внимание следует уделять захвату. Он должен надежно удерживать продукт или упаковку, не повреждать их и соответствовать санитарным требованиям предприятия.

Поэтому робот для пищевого производства выбирается не только по грузоподъемности и скорости. Необходимо оценивать всю конструкцию комплекса и условия его эксплуатации.

Интеграция упаковочных роботов в складскую логистику и WMS

Роботизация упаковочного участка может стать частью более масштабной автоматизации логистики.

После формирования упаковки продукция передается на склад, где необходимо учитывать ее количество, тип, расположение и статус. Интеграция роботов с WMS и другими информационными системами позволяет связать физическое перемещение продукции с цифровым учетом.

Возможная цепочка выглядит следующим образом:

производство → упаковка → маркировка → паллетирование → идентификация паллеты → передача данных в WMS → складское размещение → отгрузка.

Роботизированная система может передавать информацию о завершении операции, количестве сформированных коробов или паллет и других параметрах.

На практике интеграция требует согласования нескольких систем: роботизированного оборудования, конвейеров, ПЛК, маркировочного оборудования и складского программного обеспечения.

Поэтому такой проект должен начинаться с анализа всей логистической цепочки, а не только с выбора робота.

Экономическая эффективность, выбор оборудования и ответы на частые вопросы

Сколько стоит роботизированная упаковочная линия?

Стоимость зависит от количества роботов, типа захвата, конвейеров, технического зрения, ограждений, систем безопасности и другого оборудования.

Стоимость роботизированной паллетирующей или сварочной ячейки может составлять от 3,5 до 8 млн рублей в зависимости от конфигурации и отрасли. При этом средний срок окупаемости по портфелю компании указан на уровне 14 месяцев, а для паллетирования и упаковки — 6–18 месяцев.

Для конкретного предприятия такие показатели необходимо рассчитывать отдельно.

Как понять, стоит ли автоматизировать упаковку?

В первую очередь необходимо оценить текущую операцию:

• сколько сотрудников занято;
• сколько смен работает производство;
• сколько единиц продукции выпускается;
• какова длительность цикла;
• сколько возникает брака;
• сколько времени теряется из-за простоев;
• насколько тяжелой и монотонной является операция.

После этого можно определить потенциальный эффект автоматизации.

Какой робот выбрать для упаковки?

Зависит от задачи. Для быстрых операций с легкими изделиями подходят дельта-роботы, для точных повторяющихся операций — SCARA, для тяжелых коробов и паллетирования — шарнирные промышленные роботы, а для гибких участков и небольших серий могут применяться коллаборативные решения.

Обязательно ли использовать техническое зрение?

Нет. Если положение продукции всегда одинаково и обеспечивается стабильная подача, робот может работать по заранее заданной траектории.

Техническое зрение становится особенно полезным, когда изделия могут менять положение, отличаются друг от друга или требуется автоматический визуальный контроль.

Можно ли встроить робота в существующую упаковочную линию?

Да. Роботизированный комплекс может интегрироваться с конвейерами, упаковочными машинами, датчиками, ПЛК и другим оборудованием.

Но перед внедрением необходимо провести аудит существующего участка и проверить совместимость всех компонентов.

Кто будет обслуживать робот после внедрения?

Это один из важных вопросов, который стоит задать интегратору еще до заключения договора.

Роботизированная система должна не только пройти пусконаладку, но и стабильно работать в течение всего срока эксплуатации. Поэтому желательно заранее предусмотреть регламентное обслуживание, диагностику, ремонт, программную поддержку и возможность модернизации.

Как выбрать решение для роботизации упаковочного процесса

Эффективная роботизация упаковки начинается не с покупки оборудования, а с анализа производственной задачи.

Сначала определяются операции, которые целесообразно автоматизировать: перемещение, фасовка, группировка, сортировка, контроль, упаковка или паллетирование. Затем оцениваются производительность, характеристики продукции, требования к точности, существующее оборудование и условия эксплуатации.

После этого можно подобрать тип робота, захват, систему технического зрения, конвейеры и программное обеспечение.

Особое значение имеет экономическое обоснование. Для расчета ROI используются параметры конкретного производства: тип производства, текущий и целевой цикл операции, плановая загрузка оборудования, ФОТ и процент брака. На основании этих данных рассчитывается потенциальная экономия и срок окупаемости.

Таким образом, правильная роботизация — это не выбор самого производительного робота, а создание комплекса, который решает конкретную задачу предприятия и обеспечивает требуемый экономический результат.

Роботизация упаковки как комплексное решение

Роботы могут использоваться практически на всех этапах упаковочного процесса — от подачи и группировки продукции до контроля, отбраковки и паллетирования.

Наиболее эффективны такие решения там, где присутствуют большие объемы повторяющихся операций, тяжелый ручной труд, высокие требования к стабильности цикла или необходимость работать в несколько смен.

При этом конечный результат зависит от качества интеграции. Робот должен быть правильно подобран, оснащен необходимым захватом, синхронизирован с производственным оборудованием и обеспечен соответствующим программным управлением.