Analiza kształtu opakowania podczas procesu paletyzacji

Porównanie możliwych rozwiązań pod względem ekonomicznym
Proces paletyzacji jest nieodłącznym składnikiem wielu systemów produkcyjnych. Dzięki zastosowaniu przyjętych standardów paletyzacji producenci i odbiorcy nie mają problemu z transportowaniem produktów. Podstawową jednostką logistyczną jest paleta o standardowym wymiarze 1200 x 800 mm. Sam proces układania elementów to tylko część systemu automatycznej paletyzacji. Całość składa się: z systemu transportującego (taśmociągi, przenośniki), maszyn paletujących, foliarek i aplikatorów etykiet.
Paletyzacja zazębia się z procesem logistycznym poprzez etap etykietowania, który jest ostatnią fazą paletyzowania produktów, a zarazem wstępem do procesu logistyki. Często w trakcie układania produktów na paletach następuje ich zliczanie, aby w czasie tworzenia etykiety logistycznej wpisać na niej odpowiednią ilość ułożonych elementów bądź inny parametr określony na tej podstawie. Po zabezpieczeniu palety (najczęściej jej ofoliowaniu) aplikator pobiera z drukarki etykietę logistyczną i umieszcza ją w widocznym miejscu. Ostatni etap to zaksięgowanie towaru, które najczęściej przeprowadzane jest przez operatora oraz odebranie produktu z paletyzerów do magazynu. Przekazywanie informacji ze sterowników odpowiedzialnych za paletyzowanie do urządzeń obsługujących logistykę usprawnia automatyczne identyfikowanie produktów i może prowadzić do wyeliminowania błędów spowodowanych czynnikiem ludzkim. Dlatego zapewnienie niezawodności pracy maszyn paletyzujących poprzez kontrolę odbywającego się na nich procesu układania przyśpiesza produkcję i bezpieczeństwo logistyki.


"W dużej mierze od procesu paletyzacji zależy wydajność oraz wielkość strat w produkcji"


Podczas paletyzacji może dochodzić do wielu niepożądanych sytuacji, które generują różnego rodzaju błędy. Najczęstsze problemy występujące w trakcie procesu paletyzacji to:

  • błędy występujące na transporterze głównym:
    – nieprawidłowa ilość opakowań jednostkowych w zgrzewce,
    – złe ułożenie paczek w opakowaniu zbiorczym,
    – brak etykiety na zgrzewce,
    – nieprawidłowa etykieta (zawartość etykiety nie zgadza się z zawartością zgrzewki),
    – nieprawidłowy typ zgrzewki w grupie opakowań jednego rodzaju;
  • błędy popełniane przez paletyzery:
    – nieprawidłowo ułożone opakowania zbiorcze,
    – nieprawidłowa ilość opakowań na warstwie,
    – złe ułożenie warstwy względem poprzedniej (przesunięcie warstwy),
    – ułożenie opakowań innego typu niż założone w systemie;
  • błędy i problemy w procesie etykietowania i logistyki:
    – problemy z identyfikacją typu produktów ułożonych na palecie,
    – nieprawidłowe etykietowanie palety,
    – problemy związane z etykietowaniem palet o niestandardowej liczbie warstw.

Wyeliminowanie wyżej wymienionych błędów jest kluczowym elementem do przyspieszenia pracy systemu i wyeliminowania popełnianych i możliwych do popełnienia błędów logistycznych.

 


 "Wystarczy zbadać dwie wielkości: długość i szerokość obiektu, aby stwierdzić poprawność jego kształtu"


Proces technologiczny

Często systemy automatycznej kontroli procesu paletyzacji oparte są wyłącznie na czujnikach sygnalizujących awarię maszyn. Nie istnieje żadna inspekcja produktów na linii transportowej, eliminująca błędy popełniane przez maszyny umieszczające produkty na taśmociągu.

W dużej mierze od procesu paletyzacji zależy wydajność oraz wielkość strat w produkcji. Niewłaściwe ułożenie warstwy może spowodować rozsunięcie się palety w kolejnych etapach układania lub transportu. Efektem jest uszkodzenie opakowań, co ostatecznie prowadzi do wyeliminowania produktu.

Dlatego tak ważna jest kontrola na każdym etapie procesu produkcyjnego, w tym także podczas paletyzacji.

Analiza kształtu opakowania

Na poprawność ułożenia opakowań na palecie mają wpływ dwa czynniki: prawidłowe działanie paletyzera oraz poprawny kształt pociągu (tak nazywane są opakowania zbiorcze).

Kształt pociągu jest bardzo ważnym parametrem, gdyż wszelkie odkształcenia są niepożądane i mogą być przyczyną nieprawidłowego ułożenia palety. Wystarczy zbadać dwie z trzech wielkości: długość i szerokość obiektu, aby stwierdzić poprawność jego kształtu. Rozwiązanie tych problemów umożliwia zastosowanie:

  • enkoderów i czujników obecności,
  • sonarów,
  • czujników wizyjnych / systemów wizyjnych,
  • kurtyn pomiarowych.

Wymienione urządzenia są w stanie zbadać krytyczne parametry opakowania zbiorczego i wykryć ewentualne błędy. Decyzja, które z rozwiązań wybrać, powinna być podjęta na podstawie analizy możliwości, mającej na celu wybór rozwiązania najbardziej skutecznego,
a jednocześnie najbardziej ekonomicznego.

Porównanie rozwiązań

Pod względem ekonomicznym najtańszym rozwiązaniem do pomiaru kształtu, a dokładniej jednego z wymiarów definiujących w naszym przypadku kształt, okazuje się zastosowanie tachometru. Koszt urządzenia z wyjściem analogowym nie przekracza 600 zł, a enkodera 400 zł. Czujnik indukcyjny to wydatek około 100 zł. Jednak ze względu na szereg problemów, jakie należy uwzględnić, aby system oparty na tych urządzeniach zadziałał, dochodzi się do wniosku, że to rozwiązanie nie jest korzystne. Z przeprowadzonej obserwacji linii transportowej wynika, że nie ma możliwości wyeliminowania poślizgów taśmy ze względu na zastosowane w układach napędowych sprzęgła, zabezpieczającego przed uszkodzeniem linii transportowej. Drugim argumentem przemawiającym na niekorzyść zaproponowanego systemu pomiarowego jest ograniczenie w postaci badania tylko jednego wymiaru – długości. Aby określić z dużym prawdopodobieństwem poprawność ułożenia elementów wewnątrz zgrzewek oraz prawidłowość złożenia opakowania kartonowego, należy wziąć pod uwagę przynajmniej dwa wymiary detalu – długość i szerokość. Najbezpieczniej byłoby badać wszystkie trzy, jednak jest to pomiar niemożliwy do wykonania za pomocą tylko jednego urządzenia.

Z ograniczeniami i problemami, jakie wyniknęły w trakcie analizy możliwości systemu z enkoderem, może sobie poradzić układ dwóch kurtyn świetlnych. Koszt jednego urządzenia waha się w granicach 4 000 zł. W zależności od typu i wyposażenia cena może być niewiele większa lub mniejsza. Jeżeli zapewni się, że poruszające się na taśmociągu obiekty będą równo ułożone (prowadnice wyrównujące opakowania zbiorcze) oraz że pomiędzy kolejnymi opakowaniami będzie występowała przerwa, to system kurtyn powinien działać bez zarzutów. Wadą tego rozwiązania jest brak możliwości sprawdzania innych parametrów opakowania, takich jak obecność i poprawność etykiety na opakowaniu czy porównanie zawartości zgrzewki z informacją przechowywaną w sterowniku.

Skanery pomiarowe to wydatek rzędu 14 000 zł. Jest to system nowoczesny, ale trudny w konfiguracji. Ma podobne własności, jak kurtyny świetlne oraz tę samą wadę: nie jest w stanie sprostać kolejnym wymaganiom, tzn. rozpoznawaniu etykiety i zawartości zgrzewki. Ich największą wadą jest brak możliwości pracy z obiektami powodującymi refleksję światła pochodzącego z lasera. Większość opakowań w palarni kawy pakowanych jest w folię, która (wniosek oparty na obserwacji zachowania się światła widzialnego na opakowaniach foliowych) będzie odbijała sygnały pochodzące z urządzenia. Dlatego w części drugiej dokumentu związanej z doborem urządzeń skanery nie będą brane pod uwagę.

Z zaprezentowanych rozwiązań najefektywniejszym, chociaż nie najtańszym, jest system wizyjny (koszt rzędu 20 000 zł). Ze wstępnej analizy wynika, że rozwiązanie oparte na kamerze przyniesie spodziewane efekty. W czasie jednej inspekcji system jest w stanie: sprawdzić poprawność etykiety, zbadać obrys elementu, dokonać rozpoznania zawartości pociągu oraz policzyć ilość paczek w opakowaniu zbiorczym. Wysokie jednorazowe koszty wdrożenia tego systemu nie powinny zniechęcić do jego używania, gdyż jest to narzędzie z dużym zapasem funkcji do wykorzystania w przyszłości. Oprócz możliwości wymiarowania obiektów kamera ma narzędzia do rozpoznawania i liczenia elementów.

 


"Pod względem ekonomicznym najtańszym rozwiązaniem do pomiaru kształtu, a dokładniej jednego z wymiarów definiujących kształt, okazuje się zastosowanie tachometru"


Podsumowanie

Wyeliminowanie wcześniej wymienionych błędów jest kluczowym elementem do przyspieszenia pracy systemu i wyeliminowania popełnianych i możliwych do popełnienia błędów logistycznych, a tym samym do przyspieszenia i zoptymalizowania pracy fabryki.

ce


Publikacja powstała na bazie pracy
magisterskiej, stworzonej przy współpracy
z firmami: SKK – Systemy Kodów
Kreskowych, SATO Polska
oraz SOFTEX Data.

Krzysztof Blicharski jest absolwentem
Politechniki Wrocławskiej, Wydziału
Elektroniki, kierunek: Automatyka i Robotyka,
specjalność: komputerowe sieci sterowania,
kblicharski@gmail.com.