Obecnie coraz więcej polskich przedsiębiorstw wprowadza automatyzację wielu operacji końcowego etapu pakowania. Wdrażając krok po kroku automatyzację prac, firmy mogą uniezależnić się od kłopotów na rynku pracy. Niepodważalną korzyścią z pełnej automatyzacji jest też możliwość integracji wszystkich etapów produkcji za pomocą wspólnego oprogramowania wspomagającego zarządzanie firmą.
Kiedy możemy mówić, że nadszedł czas na inwestycję w końcowy etap pakowania i jak wybrać odpowiednie urządzenia?
Zanim zainwestujemy w nową linię produkcyjną zawsze zadajemy sobie pytanie – kiedy ta inwestycja się spłaci? Bierzemy pod uwagę wszystkie aspekty dotyczące wdrożenia nowego produktu, takie jak wielkość sprzedaży w następnych latach, cena akceptowana przez rynek, koszty produkcji, koszty stałe przedsięwzięcia i wiele innych czynników wpływających na powodzenie projektu. Mając już dane o strukturze kosztów, wielkości sprzedaży i planowanych przychodach możemy łatwo wyliczyć czas zwrotu inwestycji. Kolejne pytanie, które sobie zadajemy, to: jak dalsze zwiększanie wydajności poprzez automatyzację końcowego etapu pakowania wpływać będzie na stopę zwrotu. Z doświadczenia wiemy, że oczekiwany zwrot z inwestycji w linie produkcyjne wynosi 5–10 lat.
Decydując się na inwestycję w linię technologiczną do produkcji określonego produktu musimy jednocześnie wziąć pod uwagę zakup odpowiednich maszyn pakujących pierwszego stopnia, czyli maszyn do pakowania jednostkowego. Tutaj nie mamy wyboru, ponieważ produkt schodzący z linii technologicznej z określoną prędkością musi zostać zapakowany z tą samą wydajnością w opakowania jednostkowe. Jedynym wyborem na tym etapie są decyzje dotyczące dostawcy, ceny oraz typu maszyny, która zapewni wymaganą szybkość pracy, niezawodność, a także dodatkowe korzyści, wynikające z łatwości obsługi i automatyzacji funkcji pomocniczych.
Inaczej sytuacja wygląda z pakowaniem drugiego stopnia, czyli pakowaniem zbiorczym, np. w kartony lub baloty oraz paletyzowaniem i logistyką transportu gotowych palet. W większości przypadków nie ma konieczności inwestycji w tę sferę w początkowym etapie uruchamiania nowych linii produkcyjnych. Ludzie zatrudnieni na tym etapie produkcji sprawdzają się znakomicie przy rozkładaniu kartonów, ładowaniu produktów w opakowaniach jednostkowych do kartonów zbiorczych, zamykaniu i zaklejaniu kartonów oraz układaniu ich na paletach. Musimy również przyznać, że ręczna praca ludzi na tym etapie jest wysoce elastyczna, czyli łatwa w podporządkowaniu się do zmieniających się wymagań odbiorców końcowych czy sieci supermarketów. Zmiana wielkości kartonów, rozkładów produktów w kartonach i na paletach nie przysparza większych trudności przy pracy ręcznej. Ma to szczególne znaczenie przy uruchamianiu nowej produkcji, kiedy nie są jeszcze znane reakcje odbiorców. Częste naciski ze strony hurtowników i detalistów na optymalizację łańcucha dostaw w postaci zmian w opakowaniach zbiorczych i wysyłkowych są łatwe do zrealizowania.
Jednak po ustabilizowaniu się sprzedaży i produkcji nierzadko zdarza się (pod wpływem konkurencji i zmieniających się warunków na rynku), że marża ze sprzedaży nie jest już tak atrakcyjna, jak w momencie planowania przedsięwzięcia, a zwrot z inwestycji wydłuża się. W tej sytuacji firmy zaczynają zastanawiać się, jak usprawnić proces i zwiększyć zyski. W tym przypadku oczywiste staje się zwiększanie wydajności poprzez obniżanie kosztów produkcji. Czasami wystarczy zoptymalizować organizację wewnątrz firmy, a innym razem najlepszym rozwiązaniem jest dalsza automatyzacja procesów produkcyjnych, do tej pory realizowanych ręcznie. W zasadzie zawsze można znaleźć sposoby na ulepszenie procesu i zwiększenie wydajności, ale jeśli produkcja odbywa się już w sposób ciągły i automatyczny, a ludzie głównie nadzorują pracę maszyn, to najlepszym miejscem na szukanie dodatkowych oszczędności jest końcówka linii obsługiwana dotąd ręcznie.
To właśnie tutaj pracuje znacząca liczba pracowników, wykonując ciężką i żmudną pracę, która może być zastąpiona przez maszyny. Odwiedzając często polskie firmy widziałem, że w wielu z nich pracownicy formują ręcznie kartony i napełniają je różnymi produktami, a następnie umieszczają kartony na palecie, przenosząc je ręcznie. Wiele z tych prac manualnych może być dzisiaj zastąpionych przez maszyny i roboty. Metoda oceny opłacalności takich przedsięwzięć jest prosta. Należy wziąć pod uwagę liczbę pracowników, którzy są zatrudnieni przy danej operacji, pomnożyć to przez liczbę zmian roboczych oraz przez koszty zatrudnienia jednego pracownika. Jeśli chcemy zautomatyzować daną operację pakowania to po to, aby zmniejszyć koszty tej operacji, a poprzez zaoszczędzone w ten sposób wydatki skrócić zwrot z inwestycji całej linii.
Przyjmijmy na przykład, że pracujemy na 3 zmiany i określoną operację pakowania w kartony wykonuje teraz 4 pracowników. Jeśli dzięki automatyzacji moglibyśmy wyeliminować 3 pracowników to oszczędności wyniosłyby około 85 000 Euro na rok (3 pracowników x 3 zmiany x 800 Euro x 12 miesięcy). To oznacza, że kupiony za 150 000 Euro automatyczny system pakowania wykonujący tę samą operację zwróci się w niespełna 2 lata. Kolejne lata użytkowania tego systemu przyniosą ekstra zyski, które z kolei przyspieszą spłatę całej linii produkcyjnej.
Każdego dnia coraz więcej polskich przedsiębiorstw wprowadza automatyzację takich operacji końcowego etapu pakowania jak:
n formowanie tekturowych tacek i ładowanie produktów na tacki,
n formowanie kartonów zbiorczych,
n ładowanie tacek lub jednostkowych opakowań do kartonów zbiorczych,
n formowanie balotów zbiorczych oraz obkurczanie ich folią,
n układanie opakowań zbiorczych na paletach,
n zabezpieczanie palet przez zakładanie kapturów z folii oraz owijanie folią stretch,
n transportowanie gotowych palet z linii produkcyjnej do magazynu.
Automatyczny system pozwalający na wykonanie wszystkich wymienionych operacji wymaga kilku lub kilkunastu maszyn, połączonych ze sobą w linię końcowego pakowania. Najbardziej typowymi urządzeniami takiego sytemu są maszyny do formowania kartonowych pudeł lub tacek, manipulatory pick & place lub inne urządzenia załadunkowe oraz maszyny do zamykania i zaklejania kartonów (fot. 1.).
Najpopularniejsze rozwiązania etapu kartonowania można podzielić na trzy typy, w zależności od sposobu załadunku. Wybór metody podyktowany jest często względami marketingowymi (np. kształt kartonu czy sposób otwierania) oraz właściwościami samego produktu. Pierwszy sposób to tzw. top loading, czyli ładowanie produktów od góry, tak jak pokazano na schemacie na rys. 1. Karton, wstępnie sklejony, pobierany jest z magazynku i automatycznie zostaje rozłożony na maszynie typu case packer (pakowarka kartonów). Załadunek odbywa się za pomocą specjalnych zespołów, które umieszczają zgrupowany produkt w kartonie wprowadzając go od góry. Ze względu na specyfikę produktu często w tym modelu wykorzystuje się roboty typu pick & place, np. przy pakowaniu butelek. Po załadowaniu produktu karton zostaje automatycznie zamknięty i zaklejony taśmą lub klejem.
W przypadku, gdy marketing lub inne względy narzucają nam boczny załadunek (tzw. side loading), zgrupowany produkt poprzez przepychanie umieszczony zostaje we wcześniej otwartym kartonie od strony bocznej, tak jak pokazuje kolejny schemat na rys. 2.
Jeszcze innym sposobem pakowania zbiorczego produktów w kartonowe pudła jest technologia zwana wrap around, gdzie zgrupowany produkt zostaje nasunięty na płaski wykrój z kartonu i dopiero na produkcie następuje formowanie kartonu metodą owijania produktu. Taki sposób jest często wykorzystywany przy pakowaniu książek, opakowań z miękkiej folii typu cegła (np. kawa pakowana próżniowo), papieru, słoików, butelek czy puszek. Schemat na rys. 3 ilustruje poszczególne etapy pracy maszyny pakującej wrap around.
Kolejnym etapem końcowego pakowania jest paletyzacja wcześniej zapakowanych kartonów zbiorczych, zafoliowanych balotów lub produktów zapakowanych w worki. Operacja układania produktów na paletach może być wykonywana przy wykorzystaniu różnych technik, które determinują budowę urządzeń paletyzujących. Są to manipulatory o wysokiej wydajności, przesuwające całą warstwę produktów na paletę. Innym rozwiązaniem jest paletyzator bramkowy, pracujący w układzie kartezjańskim w trzech prostopadłych osiach i obrotem chwytaka. Takie rozwiązania zajmują zwykle najmniej miejsca w hali produkcyjnej. Największe możliwości pracy mają antropomorficzne roboty przemysłowe sterowane w 4, a nawet 6 osiach. Zwykle są one wyposażone w indywidualnie zaprojektowane chwytaki, adekwatne do cech pakowanych produktów. Urządzenia te najczęściej wykorzystywane są do paletyzowania takich produktów, jak kartonowe pudła, obkurczone folią baloty, plastikowe pojemniki, tacki, butelki, a także do układania papierowych przekładek pomiędzy warstwami produktu oraz manipulowania samymi paletami. Roboty tego typu mogą obsługiwać kilka linii w tym samym czasie, przenosząc pojedyncze ładunki lub całe warstwy produktów w ściśle zaprogramowane miejsce. Zaawansowane urządzenia potrafią rozpoznawać przychodzące losowo produkty po kształcie lub kodzie kreskowym i umieszczać je na odpowiedniej palecie (fot. 2 ).
Załadowane palety najczęściej wymagają zabezpieczania folią za pomocą odpowiednich urządzeń. Tutaj również istnieje wiele rozwiązań w zależności od potrzeb. Owijarki mogą pracować na zasadzie obrotowego stołu, na którym umieszczana jest paleta. Innym sposobem jest ruchome ramię lub obrotowy pierścień obiegający nieruchomą paletę. W zależności od potrzeb na załadowaną paletę może być zakładany automatycznie kaptur z folii. Podczas owijania wysokich ładunków wymagane są dodatkowo dociski z góry w celu ustabilizowania ładunku na palecie.
Ostatnim elementem linii pakującej jest transport zapakowanych palet do miejsca przechowywania lub bezpośrednio do miejsca załadunku na transport zewnętrzny. Technologiczna rewolucja zmierzająca w kierunku tworzenia automatycznych (bezzałogowych) zakładów produkcyjnych przewiduje wykorzystanie bezobsługowych wózków transportowych (Automatic Guided Vehicles) jako integralną część całych automatycznych systemów produkcyjnych. Wózki tego typu mogą pracować 24 godziny na dobę z precyzją układania ładunków do 5 mm, reagując elastycznie na każde zakłócenie trasy przejazdu, dzięki zainstalowanym na pojeździe laserowym czujnikom. Każda przerwa w pracy wózka wykorzystywana jest na automatyczne ładowanie akumulatorów (fot. 3.).
Dziś nadal w większości polskich firm ostatni etap pakowania wraz z paletyzacją i transportem palet wymaga stosunkowo dużego nakładu pracy ręcznej. Wdrażając krok po kroku automatyzację prac na tym etapie firmy mogą uniezależnić się od kłopotów na rynku pracy, który już w tym roku może dać znać o sobie ze względu na kolejne otwieranie europejskich rynków pracy dla Polski. Już na początku tego roku wielu polskich pracowników skorzysta z możliwości pracy w Niemczech, w konsekwencji powodując trudności na rodzimym rynku pracy.
Z drugiej strony niepodważalną korzyścią z pełnej automatyzacji jest możliwość integracji wszystkich etapów produkcji za pomocą wspólnego oprogramowania wspomagającego zarządzanie firmą. Takie postępowanie jest krokiem w kierunku budowy automatycznych systemów wytwórczych połączonych w jedną całość z planowaniem zasobów firmy ERP (Enterprise Resources Planing).
W celu zapewnienia połączenia poszczególnych maszyn pakujących w jeden system, klienci coraz częściej wybierają współpracę przy automatyzacji pakowania z firmami, które integrują maszyny od różnych producentów w jeden automatyczny system. Jednym z takich integratorów, którzy wdrożyli już kilkanaście linii końcowego pakowania w Polsce jest włoska firma Italproject, której materiały (zdjęcia i rysunki) zostały wykorzystane w niniejszym artykule.
