Con sede en Columbus, Ohio, T. Marzetti Company tiene una planta en Luverne, Alabama, que fabrica productos de panadería congelados vendidos en supermercados con su propia marca Sister Schubert, así como con numerosas marcas privadas. A medida que la demanda de sus productos seguía creciendo, la planta se encontró necesitando una forma más eficiente de manejar el encartonado, el embalaje de cajas y el paletizado manual. Por eso, la gerencia recientemente recurrió a la automatización robótica para reducir sus costos laborales cada vez más insostenibles.
El producto en sí son panecillos en moldes de aluminio que los consumidores cuecen en el horno durante aproximadamente 12 minutos. “Además de los panecillos”, señala el director de proyecto John Haenszel, “tenemos productos dulces como panecillos de canela, limón y arándanos. Y también hacemos un molinete de salchicha y queso. Pero el empaque principal es siempre una bandeja redonda de aluminio”.
El embalaje primario cambió muy poco. Se hace con una ensacadora de Kliklok, una empresa de Syntegon, que saca bolsas de película transparente de las ventanillas, inserta una bandeja llena y cierra la bolsa con clips. Luego, los moldes en bolsas van a un congelador en espiral. Llegado a este punto llega el momento del envasado secundario y terciario, y aquí es donde se ha producido la transformación. Una actualización clave de la automatización llegó en forma de un sistema de paletizado robótico de Schneider Packaging Equipment, una empresa de Pacteon. Pero lo más impresionante son los dos sistemas de encartonado y empaquetado de cajas monobloque de Cama. Cada monobloque IF299 está diseñado para procesar 45 empaques en bolsas por minuto, y cada sistema incluye un sistema de encartonado de carga superior modelo IF315 que cuenta con un robot estilo delta Triaflex RB590 guiado por visión.
Cama suministra robots desde hace más de 30 años y ofrece una unidad de carga robótica con la última tecnología de controles de arquitectura abierta. En el caso de las máquinas T. Marzetti los controles son de Rockwell. "La idea es ofrecer equipos con robots integrados y personalizados, no brazos que simplemente recogen y colocan, sino soluciones concebidas para operaciones de empaque específicas", dice Billy Goodman, director general de Cama North America.
El sistema monobloque es parte de la serie Breakthrough Generation (BTG) de Cama, que presenta marcos modulares, escalables y de diseño higiénico que albergan soluciones de automatización contemporáneas. Esto incluye servotecnología avanzada estrechamente acoplada a sistemas de visión y soluciones robóticas de Cama, que se han desarrollado internamente para hacer frente a las demandas específicas del embalaje secundario. El sistema de visión integrado por Cama incluye una cámara 3D Cognex.
Las máquinas de la serie BTG de Cama también se basan en una plataforma 100% digital que admite capacidades completas de la Industria 4.0, que incluyen realidad aumentada, realidad virtual y pruebas, capacitación y operación virtuales. Además, los sistemas avanzados de identificación de componentes pueden ofrecer cambios de formato rápidos, a veces en tan solo 15 minutos.
Cada IF299 entregado a Marzetti tenía que poder hacer dos cosas esenciales. Primero, tenía que orientar los empaques entrantes y veremos por qué en un minuto. En segundo lugar, tenía que producir cualquiera de dos formatos. El formato 1 son cajas de cartón doble seguidas de seis cajas de cartón en cajas. Con este formato, los consumidores eligen un empaque doble de cartón del congelador. El formato 2, por otro lado, es un enfoque sin cartón, donde los recipientes en bolsas van directamente a cajas en disposiciones de 6 o 12 unidades. En este formato, los consumidores eligen tantas bandejas individuales del congelador como deseen. Veamos primero el formato 1, donde el encartonador robótico coloca dos recipientes en cajas envolventes y el empacador de cajas coloca seis cajas de paquete doble en cajas envolventes.
Saliendo del congelador
Comienza con bandejas en bolsas que salen del congelador en espiral a unos 10 pies sobre el nivel del piso. Un transportador descendente lleva los platos hasta el nivel del piso, donde se utiliza mano de obra para colocar la mitad de los platos en un transportador que conduce a un sistema Cama y la otra mitad en un transportador que conduce al otro Cama. Justo delante de ambos sistemas Cama se encuentran los sistemas de detección de rayos X de Anritsu que detectan objetos extraños y hacen que los recipientes con dichos objetos sean rechazados de la línea.
Las herramientas de este empujador robótico de dos ejes presionan la solapa superior para cerrarla. Luego, el empujador desliza la caja terminada en ángulo recto hasta un área de preparación. Al hacerlo, el empujador presiona el paquete doble anterior hacia afuera del área de preparación y hacia otra cinta transportadora en ángulo recto que conduce hacia la estación de embalaje de cajas.
Como cualquier bolsa de pan de plástico recogida en el cuello con un cierre de clip de plástico, los paquetes Marzetti tienen una “coleta”. La orientación de la cola es completamente aleatoria cuando los paquetes llegan a la alimentación de un sistema Cama. Este fue el desafío número uno para los ingenieros de Cama.
"La cola debe estar en la posición de las 12 en punto para que los gráficos del paquete queden alineados correctamente con los dos recortes de la pantalla en la caja", dice Haenszel. “Por lo tanto, la solución Cama necesita hacer algo más que simplemente colocar recipientes en cajas de cartón a un ritmo determinado. Necesita colocar los recipientes en cajas de cartón con una orientación específica según el ritmo. Utiliza un sistema de visión para hacer eso. Identifica la orientación de la cola de caballo y transmite esos datos al controlador Rockwell, que envía esa información al efector final robótico, que a su vez gira en la dirección que necesita para colocar la cola en la posición de las 12 en punto. Fue una tarea difícil, porque si piensas en el efector final que coloca la bandeja en una caja que es solo un poco más grande que la bandeja misma, no hay mucho margen de error. Y sería más fácil de colocar si la cola pudiera estar en una esquina, donde hay más espacio. Así que fue todo un desafío lograrlo”.
Las bandejas se introducen en fila india en el monobloque Cama sobre una cinta transportadora de movimiento continuo. Los espacios en blanco de cartón planos se recogen de un cargador y pasan por debajo de dos boquillas de pegamento Nordson antes de ser empujados hacia una caja formadora. Las cajas de cartón, suministradas por WestRock, son de cartón de 26 puntos impreso en offset en siete colores.
Una vez formadas, las cajas avanzan con la solapa superior abierta por un transportador que corre paralelo al transportador que lleva los recipientes en bolsas. El transportador de cajas se detiene periódicamente para que el robot estilo delta Triaflex pueda tomar una bandeja a la vez de su cinta transportadora y, después de girar en cualquier dirección y tantos grados como sea necesario para orientar la cola a la posición de las 12 en punto, colocar la sartén cuidadosamente en la caja. Tan pronto como se coloca una segunda bandeja encima de la primera, esa caja avanza fuera de la estación de carga y una caja vacía ocupa su lugar para que se pueda repetir el proceso.
Poco después, a la caja llena se le aplica pegamento en la solapa superior mediante una unidad Nordson y entra en un empujador robótico de dos ejes cuyas herramientas presionan la solapa superior para cerrarla. Luego, el empujador desliza la caja terminada en ángulo recto hasta un área de preparación. Al hacerlo, el empujador lleva la caja de paquete doble anterior fuera del área de preparación y hacia otra cinta transportadora en ángulo recto que conduce hacia la estación de embalaje de cajas.
Seis cajas en dos pilas de tres se introducen en la estación de carga de la encajadora envolvente. Luego, la caja se empuja en ángulo recto debajo de las barras plegables y las herramientas que se cierran alrededor de la parte superior para comprimir la solapa superior y cerrarla.
En la estación de embalaje de cajas, una caja cae en un transportador de palés que hace otro giro en ángulo recto hasta una estación donde una barra de empuje la lleva hacia un apilador. Tan pronto como se apilan tres cajas de cartón, esa pila de tres se empuja a una estación de carga donde permanece momentáneamente hasta que se le une otra pila de tres cajas. Luego, las seis cajas se introducen en una caja envolvente de flauta C de pared simple que se extrajo de un cargador y se montó con la ayuda, nuevamente, de pistolas de pegamento Nordson. Ahora la caja se empuja nuevamente en ángulo recto debajo de las barras plegables y las herramientas que se cierran alrededor de la parte superior para comprimir la solapa superior y cerrarla. Tan pronto como se abren las herramientas, la caja terminada se indexa hacia adelante sobre un transportador de salida en ángulo recto, y en el proceso pasa por un codificador de inyección de tinta Hitachi para codificar la fecha.
Pasando al formato 2
Como se mencionó anteriormente, algunas tiendas exhiben recipientes individuales de estos productos en el congelador en lugar de cajas de dos paquetes. Esto se puede hacer de dos maneras. Una opción es que la tienda reciba 12 empaques en una caja de cartón corrugado marrón y que el personal de la tienda retire los recipientes y los coloque de punta en el recipiente del congelador. La otra opción es que la tienda reciba seis recipientes en una caja blanca lista para exhibir que se coloca en la caja del congelador después de que el personal de la tienda abre la caja a lo largo de las líneas perforadas.
Tanto para el kraft marrón de 12 unidades como para el blanco de seis unidades listo para la venta al por menor, el IF299 funciona de forma un poco diferente que cuando se producen cajas de dos paquetes. Obviamente la estación donde se recogen, montan y cargan las cajas está desactivada. Las bandejas todavía entran en fila india en la misma cinta transportadora, y todavía son recogidos por el mismo robot estilo delta, y el efector final de ese robot todavía orienta la cola de caballo de cada plato, aunque en este caso orienta la cola de caballo en las 9 o' posición del reloj en lugar de la posición de las 12 en punto. Orientar todos los platos en la misma posición garantiza que la cola no interfiera con la manipulación de los platos o el cierre de la caja.
También es bastante diferente que una vez que el robot tiene una bandeja en su agarre, se mueve exactamente en la dirección opuesta a la que toma cuando carga cajas de cartón de dos paquetes. En otras palabras, en lugar de desplazarse hacia el norte para dejar caer los recipientes dentro de las cajas de la cinta transportadora A, se desplaza hacia el sur para dejar caer los recipientes sobre la cinta transportadora B que corre paralela a A.
De aquí en adelante, la secuencia es muy similar a lo que vimos cuando se empaquetaban cajas de cartón de paquete doble. Los recipientes caen en el mismo transportador de paletas que lleva las cajas al apilador. Pero en este caso se trata de dos bandejas por tramo, en lugar de una caja por tramo. Cuando los recipientes llegan al apilador, pueden pasar a cajas corrugadas en formatos de seis o 12 unidades. Cualquiera que sea el formato elegido, las solapas superiores se cierran y pegan y las cajas terminadas se descargan de la misma manera que lo hacen las cajas llenas de cajas de dos paquetes.
Paletizado robotizado
Las cajas que salen de los dos sistemas Cama se fusionan en un solo transportador para que un codificador de inyección de tinta Hitachi pueda imprimir información del código de fecha en cada caja. Luego, las cajas ingresan al transportador de alimentación de un paletizador robótico Schneider equipado con un robot Fanuc con controlador R30iB. Las herramientas del extremo del brazo incluyen la capacidad de recoger y colocar hojas deslizantes.
El paletizador robótico incluye herramientas en el extremo del brazo con capacidad de recoger y colocar hojas deslizantes.
El nuevo equipo, que funciona comercialmente desde finales de abril, opera en dos turnos de 10 horas cuatro días a la semana. Como cualquier salto de una operación en gran parte manual a una altamente automatizada, hubo uno o dos contratiempos cuando la instalación terminó y comenzó la producción comercial. Pero mucho de eso tuvo que ver con la necesidad de que los materiales de embalaje tuvieran especificaciones más estrictas. "Hay espacio para cartón corrugado ligeramente fuera de especificación, por ejemplo, cuando los humanos manipulan ese cartón corrugado", dice Haenszel. “Cuando la automatización entra en escena, ese no es el caso. Los sistemas automatizados buscan condiciones más estandarizadas y consistentes. Por eso tuvimos que endurecer los requisitos de calidad, por ejemplo, para las cajas de cartón corrugado”.
Las especificaciones del cartón para cajas de cartón también cambiaron. Debido a que el cartón ahora tiene un estilo envolvente formado a partir de una pieza plana en lugar del cartón preencolado que antes se montaba y llenaba a mano, el cartón pasó de un stock de 28 puntos a uno de 26 puntos, lo que supuso un ligero ahorro de costes.
Haenszel también señala que cuando llegó el momento de traer el nuevo equipo y adaptarlo a un espacio existente, ayudó que los sistemas Cama monobloque midieran solo 8,387 x 2 m (27,5 x 6,5 pies). "No había mucho espacio de sobra", añade.
