Πως μπορούμε να ενσωματώσουμε τα συνεργατικά robot (cobot) στις διαδικασίες συσκευασίας της βιομηχανίας τροφίμων. Ανάλυση των συγκριτικών πλεονεκτημάτων των cobots και των ποιοτικών και οικονομικών οφελών της βιομηχανίας.

Η ευρεία χρήση των ρομποτικών συστημάτων και η επανάσταση που έφερε σε όλες τις βιομηχανικές και παραγωγικές διαδικασίες, έκανε όλο και πιο συχνή την ανάγκη υιοθέτησης ρομποτικών λύσεων σε εφαρμογές που μέχρι πριν λίγα χρόνια θεωρούνταν ότι απαιτούν αποκλειστικά την επέμβαση του ανθρώπινου παράγοντα. Η ανθρώπινη κρίση, η ευελιξία και η παρατηρητικότητα του ανθρώπου δεν ήταν εύκολο να αντικατασταθεί από ένα μεγάλο, βαρύ, δύσκολο στον προγραμματισμό και εξειδικευμένο στην χρήση του, βιομηχανικό robot.

Την λύση στις παραπάνω απαιτήσεις, έδωσε η ανάπτυξη στις αρχές του αιώνα μας, των συνεργατικών robot ή cobot (collaborative robots). Τα robot αυτά αναπτύχθηκαν με γνώμονα ότι θα δουλεύουν δίπλα και σε συνεργασία με τον ανθρώπο, χωρίς την ύπαρξη σταθερών προστατευτικών μέσων όπως φράχτες κ.α. Το μικρό τους βάρος, η ευκολία στον προγραμματισμό, η φιλικότητα προς τον χρήστη, συνδυασμένα με την ύπαρξη ενσωματωμένων αισθητήριων ασφαλείας επιτρέπουν την αλληλεπίδραση μεταξύ του ανθρώπου και του robot χωρίς να υπάρχει o κίνδυνος τραυματισμού του ανθρώπου.
Επιπλέον, το κόστος αγοράς και εγκατάστασης ενός cobot είναι σημαντικά μικρότερο από το αντίστοιχο ενός βιομηχανικού robot, γεγονός που μειώνει ανάλογα τον χρόνο απόσβεσης (ROI- return on investment), καθιστώντας την ενσωμάτωση ενός cobot στην παραγωγική διαδικασία ακόμα πιο ελκυστική.

Η Universal Robots
Η Universal Robots είναι μια από τις πρώτες εταιρείες που πίστεψαν στην ιδέα του συνεργατικού robot. Ιδρύθηκε στην Δανία το 2005 και το 2008 παρουσίασε τον συνεργατικό βραχίονα UR5, για εφαρμογές βάρους έως 5 Kg. Θεωρείται ο market leader της αγοράς των cobots και πλέον διαθέτει μια μεγάλη γκάμα βραχιόνων, διαφορετικών φορτιών και διαφορετικής ακτίνας εργασίας. Με βάση τα Universal Robots έχει δημιουργηθεί ένα μεγάλο οικοσύστημα περιφερειακών εξαρτημάτων, κάνοντας εύκολη την ενσωμάτωση των cobots σε μια πληθώρα ρομποτικών εφαρμογών.

Η Tettix
Η TETTIX είναι μια ανερχόμενη εταιρεία στον χώρο της αυτοματοποίησης με χρήση ρομποτικών συστημάτων, συνεργατικών ή βιομηχανικών, αναλόγως των απαιτήσεων της εφαρμογής. Η πολύχρονη εμπειρία των ανθρώπων της στον χώρο της συσκευασίας και των τεχνολογιών αυτοματοποίησης επιτρέπει την πρόταση καινοτόμων και ευέλικτων λύσεων στους πελάτες της. Οι λύσεις αυτές μπορούν να βελτιώσουν τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος, να αυξήσουν την παραγωγικότητα και απόδοση των παραγωγικών λειτουργειών και να μειώσουν το κόστος παραγωγής.

Η ανάγκη
Η εταιρεία παραγωγής μπισκότων, ΒΙΟΛΑΝΤΑ Α.Ε. αναζητούσε μια λύση για την αυτοματοποίηση της διαδικασίας συσκευασίας των προϊόντων της, και συγκεκριμένα για τα βήματα εγκιβωτισμού των προϊόντων (χάρτινοι περιέκτες) στο χαρτοκιβώτιο και την παλετοποίηση των χαρτοκιβωτίων. Η λύση έπρεπε να είναι ευέλικτη, ώστε να μπορεί να διαχειρίζεται διαφορετικά σε μέγεθος προϊόντα, με διαφορετική διάταξη στο χαρτοκιβώτιο και επιπλέον διαφορετική διάταξη των χαρτοκιβωτίων στην παλέτα. Επιπλέον, ο χώρος που θα καταλάμβανε το αυτοματοποιημένο σύστημα έπρεπε να είναι ο μικρότερος δυνατόν.

Η πρόταση μας
Η TETTIX, ανταποκρινόμενη στην παραπάνω περιγραφόμενη ανάγκη αυτοματοποίησης, σχεδίασε και κατασκεύασε μια γραμμή ρομποτικού εγκιβωτισμού και παλετοποίησης που αποτελείται από δύο αυτόνομα αλλά συνεργαζόμενα κελιά, τα οποία εκτελούν τις παρακάτω διαδικασίες:
• Παραλαβή έτοιμων προϊόντων και ομαδοποίηση αυτών αναλόγως της επιθυμητής διάταξης.
• Παραλαβή ανοιχτών χαρτοκιβωτίων.
• Εγκιβωτισμός των προϊόντων στο χαρτοκιβώτιο με cobot Universal Robots UR5
• Κλείσιμο του άνω μέρους του χαρτοκιβωτίου με αυτοκόλλητη ταινία.
• Παλετοποίηση του έτοιμου, κλειστού χαρτοκιβωτίου στην παλέτα με cobot Universal Robots UR10.
Αναλυτικά:
Τα έτοιμα προϊόντα, εξερχόμενα της μηχανής συσκευασίας (καρτονέτα) παραλαμβάνονται από μεταφορική ταινία και οδηγούνται στον σταθμό ομαδοποίησης. Εκεί, μέσω αισθητηρίων και εμβόλων, ομαδοποιούνται στην επιθυμητή διάταξη, π.χ. 2 x 3.

Τα διαμορφωμένα αλλά ανοιχτά χαρτοκιβώτια εισέρχονται από δεύτερη μεταφορική ταινία, παράλληλη της ταινίας μεταφοράς των προϊόντων, τα οποία οδηγούνται στον σταθμό εγκιβωτισμού όπου και συγκρατούνται σε σταθερή θέση. Μηχανικό σύστημα κρατάει τα πάνω flaps των χαρτοκιβωτίων ανοιχτά. Ο ρομποτικός βραχίονας UR5 της Universal Robots μέσω πνευματικού gripper, παραλαμβάνει τα ομαδοποιημένα προϊόντα και τα τοποθετεί στο χαρτοκιβώτιο. Η κίνηση επαναλαμβάνεται για να συμπληρωθούν οι δύο ή παραπάνω στρώσεις προϊόντων στο χαρτοκιβώτιο. Το πνευματικό gripper φέρει πρεσοστάτη, ο οποίος ελέγχει την σωστή παραλαβή και απόθεση των προϊόντων.

Σε περίπτωση σφάλματος στην ομαδοποίηση ή στην παραλαβή των προϊόντων, ο βραχίονας αποθέτει τα προϊόντα αυτά σε ειδικό σημείο απόρριψης για την μετέπειτα χειροκίνητη τοποθέτηση αυτών στην μεταφορική ταινία προϊόντων και συνεχίζει απρόσκοπτα την διαδικασία εγκιβωτισμού. Όταν το χαρτοκιβώτιο είναι πλήρες, προωθείται μέσω μεταφορικού συστήματος σε αυτόματο κλειστικό μηχάνημα, το οποίο έχει ενσωματωθεί στο κελί εγκιβωτισμού και το οποίο κλείνει τα πάνω flaps του χαρτοκιβωτίου και τοποθετεί αυτοκόλλητη ταινία.

Τα έτοιμα κλειστά χαρτοκιβώτια, εξέρχονται του κελιού εγκιβωτισμού και προωθούνται στο κελί παλετοποίησης και στην θέση παραλαβής των, για να εκκινήσει η παλετοποίηση.
Η παλετοποίηση γίνεται μέσω ρομποτικού βραχίονα UR10 της Universal Robots, σε δύο θέσεις παλετών και για ύψος παλέτας έως 2.20μ. Λόγω του μεγάλου ύψους των παλετών, ο βραχίονας έχει τοποθετηθεί πάνω σε κάθετο γραμμικό οδηγό, ο οποίος μετακινεί τον ρομποτικό βραχίονα αναλόγως του επιθυμητού ύψος απόθεσης του χαρτοκιβωτίου. Η παραλαβή των χαρτοκιβωτίων γίνεται μέσω πνευματικού gripper που επίσης φέρει πρεσοστάτη για τον έλεγχο της σωστής παραλαβής και απόθεσης του χαρτοκιβωτίου Ο ρομποτικός βραχίονας UR10 παραλαμβάνει τα χαρτοκιβώτια και ξεκινάει την τοποθέτηση τους στην πρώτη θέση παλετοποίησης. Όταν η πρώτη παλέτα συμπληρωθεί, ο βραχίονας συνεχίζει την τοποθέτηση των χαρτοκιβωτίων στην δεύτερη θέση παλετοποίησης, ενώ ταυτόχρονα οπτικό και ηχητικό σήμα ειδοποιούν τον χειριστή της γραμμής για την παραλαβή της έτοιμης παλέτας της πρώτης θέσης και την τοποθέτηση νέας, άδειας παλέτας στην θέση αυτή κ.ο.κ.
Video της εφαρμογής μπορείτε να δείτε στο κανάλι της Tettix Robot Integrators στο YouTube.

Οφέλη – Συμπεράσματα
Εν κατακλείδι, τα συνεργατικά robot είναι πλέον προσιτά και ικανά να ενσωματωθούν σε μια πληθώρα εφαρμογών αυτοματοποίησης. Είναι ασφαλή, εύκολα στον προγραμματισμό, έχουν γρήγορη εγκατάσταση και μικρό χρόνο απόσβεσης της επένδυσης. Εγκαθιστώντας ένα συνεργατικό robot, ο πελάτης αυξάνει την παραγωγικότητα του, επιτυγχάνει ομοιομορφία του τελικού προϊόντος, μειώνει το εργατικό κόστος χωρίς να κάνει παραχωρήσεις στα θέματα ασφάλειας και χωρίς να σπαταλάει πολύτιμο χώρο στον χώρο παραγωγής και συσκευασίας.