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霍尼韦尔机器人堆垛解决方案生产效率提高55% 物

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  机器人给拥有 114 年历史的制造商带来了新的机遇,生产效率提高了55% 以上

  霍尼韦尔 Intelligrated 提供的机器人堆垛解决方案可增加人员配备和生产灵活性,避免工作人员受伤以及节省占地面积。

  Dan Schodowski 面临着一个挑战。作为JTM Products, Inc. 的总裁兼 CEO,Schodowski 知道该公司准备发展壮大,并且作出正确的投资选择将至关重要。该公司是应购买现有设施还是建立一个新的?需要什么新的物料搬运设备来支持本公司的发展

  也许作为原始制造商 Murphy?Oil Soap(在1991年卖给了高露洁-棕榄公司(Colgate-Palmolive 公司)保留下来而知名,JTM 在 1890 年成立时名为 Phoenix Oil 公司,在工业革命时期生产车轴润滑脂、带敷料和润滑油。如今,该公司仍然由创办者 Jeremiah Timothy Murphy 的后代私人持有,他的首字母组成了现在的公司名称。JTM 的业务主要围绕两个产品线:Murphy’s?轮胎安装和拆卸润滑油;以及用在水管和下水道施工中的 Phoenix? 管道接头润滑油。该公司也做自有品牌和特色产品的生产。

  对于 Schodowski,JTM 的表现稳定,年销售额高达1000 万美元,两个主要产品线%的市场份额,这给该公司的发展壮大带来了财务稳定性。但在他的内心深处Schodowski 知道,如果他要扩建 JTM,改变生产技术,对这个拥有114 年历史的公司、员工和所有者都是不可避免的。

  “我们完全把自己困在古老的建筑内,”Schodowski说。“我们不能扩 建。即使在这个建筑内部,我们也不能增添了许多机器或设备。如果我们想要扩大业务,就需要更多的空间。”

  JTM 决定建设新厂,它现在的位置就在克利夫兰外面。Schodowski 的下一个挑战是满足 JTM 产品线的物料搬运需求。Murphy’s 的产品系列主要用25 磅和40 磅的桶包装,而 Phoenix 产品线主要用任意加仑的容器包装。由于这两套产品线在出货前需要堆垛,这给 Schodowski 工厂的工作人员留下了大量缓慢而繁重的工作。

  “当我们决定搬家,我们希望如何能以不同的方式继续我们的业务,”Schodowski 说。“我们在老建筑物内的布局比较分散,我们不能引入自动堆垛机或其他的自动化设备。我们不得不增添人手来手动装载托盘上的产品,并用卡车将他们运往其他地方裹膜。”

  “当我们开始规划新系统时,我们知道我们有更多的空间,而且我们将能够同时运转这两条产品线,”Schodowski说。“而在旧厂,同时运转很难实现。要做到这一点, 我们需要增添人手。即使这两条产品线没有同时运转,工作人员也要待在工厂。”

  我们需要一个能同时处理这两条产品线的解决方案。这样 JTM 就能够在拥有 70,000 平方英尺面积的新设施内分配更多空间,来用于化学加工、包装设备以及库存。解决方案就是采用可以同时堆垛桶和箱的自动堆垛机。

  “这样就能一举两得,我们拥有自动堆垛机,那么在产品线结束时我们就无需安排工作人员,”Schodowski 说。“这个想法并不是要减少工作岗位,而是当业务开始增长时我们不用再增添人手。”Schodowski 与 JTM 的运营总监 Larry Wilson共同对他们的选择进行了研究。他们两个都是高露洁-棕榄公司(Colgate- Palmolive 公司)的资深员工:Wilson 专注于人力资源和生产,Schodowski 负责会计和金融业务,他们都确信自动堆垛解决方案将是最经济高效的选择。

  起初拟定了几个供应商,然后很快减少到一个:霍尼韦尔Intelligrated(以前称为 FKILogistex)的 Alvey堆垛机,唯一提供能同时搬运桶和箱的集成解决方案的供应商。该解决方案是一个集成的机器人堆垛单元,包含 Motoman关节臂式机器人和 Alvey真空型末端执行器,赢得了JTM 销售人员的认可。

  JTM 的 Alvey 机器人堆垛机采用霍尼韦尔 Intelligrated内部设计和构建的Motoman关节,“要么购买两个独立的堆垛机来分别搬运桶和箱,要么寻找可以一举两得的解决方案,”Schodowski 说。“当我们发现霍尼韦尔 Intelligrated 的 Alvey 堆垛机能够用一种设备同时堆垛这两个产品线时,我们想考虑该选择。”安装 Alvey 机器人堆垛机还将腾出新工厂中的空间面积。

  大致在 JTM 新工厂车间的中心,放置着 JTM 封入安全笼内的 Alvey 机器人堆垛单元,它一侧围绕着加工和包装设备,另一侧都是堆放的箱和桶的托盘。桶中装满了 Murphy’s轮胎润滑油,给桶加盖,然后在后台稳稳地传送到该单元。伴着呼呼的转动声,机器人转动,从托盘装载站上拿起空托盘并将其放在出料托盘输送机开始处的装载站,这样它就可以开始堆垛桶。

  在项目的最初设计中,将10个托盘预装到开始处的托盘装载站,机器人递减计数。霍尼韦尔 Intelligrated 目前正在进行修改,这样堆垛机就可以知道已在托盘站装入了多少托盘。通过这种方式,操作员可以在运转开始时装入任意数量的托盘,最多为10, 这样 JTM 就能灵活地缩短运转时间并改变大小,无需手动从该单元中拉出托盘。

  在该单元的进料侧,霍尼韦尔 Intelligrated堆积输送机占用生产输送机中的桶,并让它们排队等候机器人执行它的控制系统发出的指令。根据特定堆垛操作中使用的产品尺寸和 堆放模式,机器人的真空工具附着到产品的顶部,然后放下以排成一行行和一层层 的堆垛产品,这样它们一次可以拾起一个或三个桶。托盘满时,由自动化的裹膜机对它们裹膜,然后由叉车运到车间库存。

  安装 Phoenix 管道润滑油的包箱也采用类似的流程。操作员从一开始就设置系统,装入托盘,并让机器人挑选托盘以开始堆垛。包箱从第二个进料线进入机器人堆垛单元,并且该过程重新开始。

  设计灵活性内置于霍尼韦尔 Intelligrated 系统。虽然JTM 目前并未利用机器人的全容量在堆垛单元中运行两条产品线,但机器人让JTM在任何时间都能提高产量。

  除了让JTM同时运行两条产品线,Alvey堆垛单元还能处理各种堆叠模式和托盘尺寸,能管理不同的桶和包箱尺寸。对于25磅重的Murphy’s桶,机器人将 40×80英寸的托盘堆叠四层,每层包含12个桶。

  将40磅重的 Murphy’s桶堆放为两种模式。在40×48英寸的托盘中,模式是堆放3层,每层包含12个桶。在48×48英寸的托盘中,模式是堆放3层,每层包含16个桶。

  对于夸脱容器的Phoenix包箱,机器人采用40×48英寸的托盘装载10层,每层包含5个包箱。对于加仑容器的包箱,机器人堆叠6层,每层堆叠6个40×48英寸的托盘。由于这种包箱模式需要不同的放置角度,机器人能够同时挑选2个包箱,放下一个,打开第二个,然后再把它也放下。自从安装机器人后,霍尼韦尔Intelligrated已帮助增加了另外一个堆叠模式。

  虽然JTM选用机器人堆垛机而不是传统的堆垛机,这个决定看似合乎逻辑,但对于处于类似境况的其他公司未必同样清楚。

  直到最近,传统的堆垛机还是唯一可行的使用技术。因此,在过去几十年中,传统的堆垛机已经成为现代自动化物料搬运操作的标准组件。

  在过去五年中,虽然机器人作为传统堆垛机的备选方案已经渐入佳境,至于哪种解决方案最适合特定的应用,决策过程仍然模糊不清。虽然高吞吐量应用在过去要求使用传统的高速堆垛机,但今天,无论是机器人还是传统技术,都能实现高速应用。

  涉及到模式灵活性时,不同的解决方案类型之间的界限往往更加模糊。机器人和传统的堆垛解决方案几乎都可以配置用于任何模式。诀窍在于确定哪种解决方案最能满足应用中的其他参数。

  “JTM 的 Alvey 机器人单元采用了先进的控制系统,可以最大限度地减少所需的操作界面量,”霍尼韦尔 Intelligrated 的机器人产品工程经理 Tom Simone 说。“为了设计这个单元,我们必须检查要搬运的桶和包箱的尺寸。由于每种产品都有自己的托盘构造模式和生产速度,我们必须确定一次需要拣选多少个同类产品,然后着手构建该模式。”

  “我们还决定,由于我们必须搬运桶和包箱,我们会使用真空型末端执行器来代替机械末端执行器,” Simone补充说。 “因为我们必须拾取不同的产品和不同的数量,模式要求我们释放多种形式的产品,真空型末端执行器正是合适的工具。我们选择真空型末端执行器还因为它可以从顶部拣选两种形式,而这是完成该任务最有效的方法。”

  JTM的Alvey机器人堆垛机没有辜负Schodowski和Wilson的期望。虽然JTM只使用了该系统 65%的容量,将剩余容量留给持续增长使用,但 Wilson估计,该单元现在可处理 JTM 75% 的年业务量。

  这个业务量转换为每年 20 多万桶和 15 多万箱的性能,令人印象深刻,其中 75% 的 桶重 25 磅,75% 的包箱装有夸脱容器。Wilson 说,该单元通常一天的堆垛性能为, 搬运 60 托盘的 25 磅重的桶、20 托盘的 40 磅重的桶、40 托盘的夸脱箱或 25 托盘 的加仑箱。JTM 工厂目前每周运行 5 天,每天 7.25 小时轮班一次,每个班有 8 个工 作人员,但不用每天堆垛。JTM 共拥有 20 名员工。

  繁忙的一天里,机器人堆垛多达 70 托盘的 25 磅重的桶,总共高达 3300 桶。与老厂 一天人工堆垛可达到 1,800 桶相比,新厂平均每天有望堆垛 2800 桶,自从安装机器 人后使生产力提高了55%,进而实现了适度的销售额增长。由于增加了机器人产能, 也释放出工作人员来从事工厂的其他任务。

  运营和供应链管理人员在决定需要哪种系统来自动 化堆垛操作时应仔细考虑他们的选择。虽然不是硬 性规定,但传统堆垛机更常用于需要更高速度或涉 及简化产品包装的应用。简化包装在当今大批量零 售环境中尤为常见,而且一定程度上是由于瓦楞的高 额费用。

  机器人解决方案一般适合堆垛机同时需要处理多条 生产线的低速生产线和情况。因为通常占用更少的空 间,机器人解决方案也是车间空间比较宝贵时的一种 选择。决定选择哪种解决方案时,需要仔细考虑包括 投资回报在内的多种因素。

  机器人解决方案一般适合堆垛机同时需要处理多条 生产线的低速生产线和情况。因为通常占用更少的空 间,机器人解决方案也是车间空间比较宝贵时的一种 选择。决定选择哪种解决方案时,需要仔细考虑包括 投资回报在内的多种因素。

  安装占用空间小的 Alvey 机器人堆垛机,这样能节省宝贵的空间以便用来存储该公司的产品库存。该公司手头上保留平均 2 周的库存供应量。

  “在没有机器人的老厂,我不得不增加两个人才达到这个产能,” Wilson 说。

  除了增加产能,决定安装机器人,在很大程度上是由于创始家族的价值观以及围绕 忠诚但老龄化的工厂全体员工的安全和人体工程学问题。有了机器人,就可以淘汰 员工从事的一些劳动最密集的工作。

  “这是要做的正确事情,” Wilson 说。“Murphy’s 与为他们工作的所有人都建立了 良好关系,而且与 JTM 员工之间也相互尊重。” 员工与 Murphy’s 之间的这种温暖 感情的证据就是工厂会议室墙上的牌匾,最早可追溯至 1918 年。牌匾由公司所有员 工签名,宣告他们对 Murphy 家庭的奉献精神。

  “我们还将人体工程学纳入自己的决定,”Wilson 补充说。“我们有一支较年 长的员工队伍。我们搬到这里后,已有三个人退休。我们的员工一天必须拣选1800或1900桶。这是漫长的一天。”

  “不是一切都基于强硬的经济手段,尽管我们认为这个项目能带来相当不错的回报,”Schodowski 说。“我们可以帮助别人,这可能是工作人员以后的补偿索赔。这些可能非常昂贵的。当您将所有这些类型的成本因素考虑在内时,可以说回报是绝对 值得的。”

  尽管确凿的数字不是Schodowski实施该项目时最担心的问题,但他认为JTM有望从对机器人的投资中快速得到回报。“我计算它至少是一个人的工资和福利,所以我可能在短短的四年里就能得到回报,”他补充道。“我认为随着我们的发展,回报可能甚至会更快,我们就不必增加额外的人员。我们原来的计划保留 8 位员工,到今天仍是这么多。”

  Wilson 说,机器人刚运到时,他的员工有点怀疑和担心。但随着时间的推移,这种感觉变成了赞赏。经过几个月后,他的员工开始说:“哇,我们很久没拣选 过任何包箱或桶了,这真的很棒。”

  Wilson 补充说,事实上,忧虑也转化为灵感,因为他的员工有一天主动要求重新配置他们繁重的人工辅助线之一,这样也能通过机器人运行。“他们让出这些辅助线, 撤出所有的输送机,并通过堆垛机运行,”他说。“他们现在要做的就是包装盒子,然后由机器人将它们全都堆叠起来。”

  JTM 的 Alvey 机器人估计拥有长达20年的寿命,自安装之后一直表现可靠。JTM保留它的设备很长一段时间,预计新的机器人是它多年来可靠运作的一部分。

  “如果您在车间四处走动,会看到一台特殊的机器,我想这就是 Flintstones仍在运行,”Schodowski 开玩笑说。“如果我们维护该设备,预计将持续到需要之时。”

  该项目的总设计师 Wilson与Schodowski合作,努力让该公司的所有者和员工参与实施机器人的决策。他相信霍尼韦尔 Intelligrated的系统设计、集成和支持已达到并超过公司所有的目标。

  “霍尼韦尔 Intelligrated 提供自始至终的服务,”Wilson 说。“他们从头至尾提供工程、人员 配备、集成等全程服务。他们从一张纸开始,最终在车间生产出他们需要生产的东 西。如果我以后要购买的话,不管需要什么应用程序,都会从霍尼韦尔Intelligrated购买。”

  对于JTM Products的忠诚的员工、管理者和所有者,忠诚传统同样是它取得接下来114年成功的信条。

  如果决定选择机器人,还必须决定要使用的机器人和组件型号。 大多数的现代机器人堆垛机使用桁架式机器人或摇杆机器人, 前者也就是通常所说的“方形”机器人,后者被称为“圆形”机器 人。这都是对其各自运动模式的昵称。

  桁架式机器人是直线运动机器人,这意味着它们上下、左右移动的工作范围可以超过 80 英尺。它们通常根据特定项目的规模而 构建,并提供更全面的灵活性,这包括处理各种拣选和放置地点 的能力。

  摇杆机器人更受限于它们的工作范围大小,但通常更经济、更快捷。在具代表性的堆垛应用中,可以在摇杆机器人的工作单元内为它建立四种托盘装载。

  机器人应用的另一个重要决定是使用哪种类型的臂端工具或“末端执行器”。虽然真空型末端执行器具有许多用途, 但它们有时不适用于堆垛作业,尤其是对于包装后用于产品陈列的物品,如开顶的箱子和收缩膜的托盘。在这些类型的情况下,侧具或叉钳工具是更好的选择。

  JTM 的运营总监 Larry Wilson(左),总裁兼首席执行官 Dan Schodowski(右),旁边是 Alvey 机器人堆垛机。机器人单元能够让 JTM 通过相同的系统堆垛多条生产线及包装类型。

  和为堆垛项目选择正确类型的机器人或末端执行器是关键所在一 样,选择合适的合作伙伴来构建解决方案也是如此。由于必须具备 堆垛工程的核心知识才可以专门提供这样的解决方案,因此选择具有这些类型的操作经验的业务合作伙伴非常重要。

  许多寻找机器人解决方案的公司,通常会求助于一般的机器人公司,但是这可能是一个错误。堆垛项目需要久经考验的物料搬运集 成经验,才能确定一个机器人解决方案是否合适、或是否需要结合使用机器人和其他技术。

  另一个错误可能是求助于这样的机器人公司:外包机器人解决方案的组成部分,而不是使用一站式提供商来设计、制造并支持他们的解决方案。来自一站式提供商的解决方案通常从一开始就提供了 更好的项目控制力、更好的组件质量以及更快的调试进度。一站式 提供商也带来更低的风险、更高的销售额以及更好的维修和维护支 持。

  无论是机器人还是传统的解决方案,一个值得信赖的合作伙伴都能 够确定和推荐可以满足复杂生产需求的解决方案,这是非常宝贵的 资源,尤其是当合作伙伴能够将堆垛系统集成到公司更广泛的物料 搬运系统和控制中时更是如此。


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