成立于2007年的ZoRoCo包裝公司是一家家族式合同制造商，總部位于美國愛達荷州的Caldwell。公司專注于食品的生產(chǎn)和包裝，產(chǎn)品涵蓋餅干、脆餅、零食、格蘭諾拉燕麥、烘焙預拌粉以及各種冷凍食品。該公司擁有三個工廠：冷凍食品工廠、無麩質(zhì)食品工廠和“無過敏原”食品工廠。

ZoRoCo產(chǎn)線中，共部署了五個模塊。每個模塊配備兩臺由Royal Houdijk設計制造的Delta并聯(lián)機器人，其末端執(zhí)行器可自動將產(chǎn)品整齊堆疊，并放入聚苯乙烯托盤中，為后續(xù)枕式包裝做準備。托盤則由一臺與Houdijk系統(tǒng)高度集成的Tramper設備提供。

“我們的獨特之處在于完全不做自有品牌。”公司總裁Cordy Rost表示，“我們?yōu)槟切碛凶杂兄R產(chǎn)權的品牌提供代加工服務。”

總部位于紐約的Partake食品公司便是該公司客群體中的一個典型代表。這家公司由曾在可口可樂公司擔任高管的Denise Woodard于2016年創(chuàng)立。當她女兒被診斷出患有多種食物過敏癥后，她便創(chuàng)立了這家公司，旨在提供一系列美味且經(jīng)過認證的無麩質(zhì)、非轉(zhuǎn)基因、純素食且不含九大常見過敏原的食品。正是ZoRoCo在無麩質(zhì)和無過敏原食品生產(chǎn)領域的專業(yè)能力，促成了Woodard與Rost的合作。

“Partake食品公司是推動這條新產(chǎn)線落地的關鍵。”Rost表示，“我們實現(xiàn)了雙贏，為兩家公司都帶來了發(fā)展機遇。”
他提到的新產(chǎn)線位于ZoRoCo的無過敏原工廠內(nèi)，它具備高度自動化生產(chǎn)和包裝能力，適用于方形薄脆餅干或圓形曲奇的制造與包裝。在包裝線前端配備了兩臺關鍵加工設備，均來自Reading Bakery：一臺是用于生產(chǎn)薄脆餅干和威化的旋轉(zhuǎn)成型機，另一臺是切割系統(tǒng)，用于將通過模具擠出的面團切片，確保生產(chǎn)出的曲奇大小一致。無論生產(chǎn)哪種產(chǎn)品，最終的烘焙環(huán)節(jié)都由Reading Bakery提供的1.5米寬的線性鋼帶烤爐完成。

完成烘焙完后，產(chǎn)品由Royal Houdijk提供的精密機器人系統(tǒng)對其進行冷卻和初步包裝。冷卻系統(tǒng)包括一條寬1.2米、長約150英尺的常溫輸送帶，其末端設有180度轉(zhuǎn)彎段，可使產(chǎn)品調(diào)頭返回，繼續(xù)向相反方向輸送。完成這一轉(zhuǎn)向后，產(chǎn)品便轉(zhuǎn)移至Royal Houdijk的1.2米寬COOKIEBOT主輸送帶上。

在COOKIEBOT主輸送帶的上游，設有一段被Houdijk區(qū)域銷售經(jīng)理Dan DeJac稱為“先進先出（FIFO）進料緩沖區(qū)”的輸送帶。他解釋道：“比如，當下游的枕式包裝機因故停機時，系統(tǒng)會向設備發(fā)送信號，指示進料緩沖區(qū)的180度輸送帶自動遠離COOKIEBOT進料口，相當于延長了冷卻輸送帶的長度。”這一機制可以提供大約五分鐘的緩沖時間。待包裝機恢復運轉(zhuǎn)后，系統(tǒng)將再次發(fā)出指令，使該輸送段以設定速度恢復至原始位置。

值得注意的是，為確保整個系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)，機器人抓取與放置系統(tǒng)必須具備一定的過載處理能力，以便在下游設備恢復運行后，能及時清空進料緩沖區(qū)中的所有產(chǎn)品。

五個機器人模塊

COOKIEBOT是一套視覺引導的機器人抓取與放置系統(tǒng)，由多個獨立模塊組成，模塊數(shù)量可根據(jù)客戶需求靈活擴展。在ZoRoCo產(chǎn)線中，共部署了五個模塊。每個模塊配備兩臺由Royal Houdijk設計制造的Delta并聯(lián)機器人，其末端執(zhí)行器可自動將產(chǎn)品整齊堆疊，并放入聚苯乙烯托盤中，為后續(xù)枕式包裝做準備。托盤則由一臺與Houdijk系統(tǒng)高度集成的Tramper設備提供。

“我們已與Tramper合作數(shù)十年之久，與我們對所有OEM合作伙伴的要求一樣，其設備必須支持免工具快速換型，具備出色的衛(wèi)生設計，并符合我們自研設備所采用的統(tǒng)一電氣標準。”DeJac表示，“這臺D-3100設備利用真空吸盤從頂部彈匣中每次抓取四個托盤，然后抓取工具旋轉(zhuǎn)180度，將托盤以單列方式放置在一條與COOKIEBOT主輸送帶平行但反向運行的帶齒輸送帶上。這樣一來，產(chǎn)品逆向被裝入托盤。”

當產(chǎn)品從先進先出（FIFO）緩沖區(qū)轉(zhuǎn)入COOKIEBOT主輸送帶時，Houdijk集成的視覺系統(tǒng)會對每件產(chǎn)品進行識別與檢查，確保其無破損、無變形。一旦發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品，主控制系統(tǒng)將自動識別，并命令令機器人跳過該產(chǎn)品，使其滑入主輸送帶末端的廢品箱中。同時，視覺系統(tǒng)還會記錄每件產(chǎn)品在輸送帶上的精確位置，并將數(shù)據(jù)傳輸至主控制器，以指導機器人準確完成下一次抓取。

盡管整套自動化處理系統(tǒng)已經(jīng)高度智能，但COOKIEBOT的核心亮點或許在于獲得專利的SLUG GRIPPER臂端抓取工具。該抓取裝置兼具靈活性和高效，采用三叉結構，可從烘焙食品底部滑入，并將產(chǎn)品精確導入定位裝置。安裝有SLUG GRIPPER的機器人隨后移動至下一件產(chǎn)品，重復抓取、堆疊操作，確保每組產(chǎn)品堆放整齊且結構穩(wěn)定。

一旦SLUG GRIPPER抓取了五片或九片餅干時，機器人會將這組產(chǎn)品移動至托盤傳送帶上。傳送過程中，SLUG GRIPPER會從垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)，并將整組餅干穩(wěn)妥放入托盤的一個隔間中。隨后，機器人返回起點，開始下一輪堆疊作業(yè)。托盤規(guī)格分為兩格-18片裝，或三格-15片裝，具體視產(chǎn)品類型而定。

快速換型，輕松應對產(chǎn)品多樣化需求

由于方形薄脆餅干和圓形曲奇餅干在形狀上存在顯著差異，ZoRoCo在產(chǎn)品切換時需要更換SLUG GRIPPER臂端工具以適配不同產(chǎn)品。然而，整個更換過程無需任何工具，操作便捷，每個SLUG GRIPPER的更換時間僅需一分鐘。未來還可輕松擴展更多型號的SLUG GRIPPER。

“如果ZoRoCo希望使用每格裝有12片餅干的雙格托盤包裝，我們同樣可以支持。”DeJac補充道，“我們具備快速開發(fā)并更換SLUG GRIPPER的能力，因此未來產(chǎn)品形狀或尺寸無論如何變化，都能輕松應對。”

薄脆餅干正不斷輸送至COOKIEBOT主輸送帶。裝有18片餅干（分為兩格）的托盤從左向右移動，接著通被一段傾斜傳送帶輸送至下游枕式包裝機。

對于近期參觀過美國國際包裝機械展（PACK EXPO）的人來說，這樣的自動化系統(tǒng)或許并不陌生：Delta機器人從輸送帶上逐片抓取餅干，并將其逐一放入鏈式傳送帶上的托盤中。傳統(tǒng)系統(tǒng)的操作流程大多是：抓取 → 移動 → 放入托盤 → 返回 → 再次抓取，循環(huán)往復。

而Royal Houdijk擁有獨家專利技術，是目前唯一能夠無需機器人頻繁往返抓取、即可實現(xiàn)產(chǎn)品組整體堆疊的系統(tǒng)供應商。這一獨特的解決方案，在設備維護和使用壽命方面具有顯著優(yōu)勢。

 “這種設計還能縮短生產(chǎn)線整體長度。”DeJac解釋說，“如果一次只抓取一塊餅干，就需要更多機器人來完成這項工作。我估計，這可能需要增加大約20%的機器人。因為在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，為了收集完整的餅干組并將其搬運到托盤中，機器人需要進行多次短距離移動，而且還需要考慮從托盤返回輸送帶餅干流的往返時間。而使用SLUG GRIPPER后，我們能夠壓縮生產(chǎn)線，用更少機器人實現(xiàn)了傳統(tǒng)系統(tǒng)的同等產(chǎn)能。”

ZoRoCo公司當前使用的SLUG GRIPPER臂端工具為氣動驅(qū)動，但也可以升級為伺服驅(qū)動版本。Royal Houdijk目前設計和交付的大多數(shù)系統(tǒng)已經(jīng)采用伺服驅(qū)動方案，這一升級進一步縮短了產(chǎn)品切換的時間。

在COOKIEBOT控制系統(tǒng)方面，本項目采用了倍福的自動化組件。但DeJac指出，Royal Houdijk的標準配置平臺仍以羅克韋爾（Rockwell）系統(tǒng)為主。“我們在電控系統(tǒng)上采用了模塊化分布式設計，每個模塊都配備獨立的控制單元。”他說，“比如，如果某一部分PLC出現(xiàn)故障，系統(tǒng)只會影響對應模塊的運行，不會導致整條產(chǎn)線停工。而且由于生產(chǎn)線具備冗余產(chǎn)能，COOKIEBOT會自動調(diào)節(jié)其余機器人的運行速度，確保整線仍能維持既定產(chǎn)能。”

這種模塊化控制方案不僅提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，也為日常維護帶來極大便利。例如，在巧克力曲奇生產(chǎn)過程中，若SLUG GRIPPER沾染巧克力，操作人員只需一鍵操作，即可將該模塊的兩臺機器人移至便于操作的安全位置，快速擦拭清潔或直接更換備用抓手。

“我們還為SLUG GRIPPER提供定期維護與精度校準服務。”DeJac補充道，“所有機械設備都會存在部件磨損情況，我們不希望客戶在“何時、如何更換襯套或活動件”的問題上自行摸索。因此，我們提供全套備件，以保障客戶生產(chǎn)不中斷?？蛻糁恍鑼⑿杈S護的SLUG GRIPPER郵寄至位于亞特蘭大的服務中心，在完成維護和校準后會立即寄回，并在此過程中提供最新硬件升級，確?？蛻羰冀K使用最先進、最可靠的設備。”

全方位臺式測試

鑒于SLUG GRIPPER的運行速度，人們難免好奇：它如何在處理餅干這類易碎產(chǎn)品時避免產(chǎn)品損傷？DeJac解釋道，這得益于系統(tǒng)交付前的全方位測試與建模。“我們在內(nèi)部設計并3D打印工具，自行完成臂端工具的組裝，隨后進行大量臺式測試。如發(fā)現(xiàn)問題，則重新回到設計環(huán)節(jié)反復優(yōu)化。只有在測試結果完全達到預期目標后，我們才會推進下一階段。測試的核心在于厘清餅干或薄脆餅干所能承受的極限條件：例如，施加多大力度會導致破損？在垂直方向能以多快的速度移動而不產(chǎn)生斷裂？夾持時所需的最小壓力是多少？在客戶下單前，我們已對產(chǎn)品所能承受的所有動態(tài)力做過充分評估，因此在進入采購談判階段時，我們可以自信地在合同中承諾系統(tǒng)達到99%的運行性能。”

獲得專利的SLUG GRIPPER

在包裝過程中，裝有產(chǎn)品的托盤會隨鏈式輸送帶向前移動，并經(jīng)過一段坡度較緩的斜坡，使其在完成180度轉(zhuǎn)彎的同時，順利進入COOKIEBOT上方的帶式進料輸送帶。托盤在這個環(huán)節(jié)會沿著與冷卻輸送帶方向相反、但與COOKIEBOT主輸送帶相同的方向移動。這些裝滿餅干的托盤隨后將被輸送至薩克米（Sacmi）枕式包裝機，使用透明薄膜完成包裝。

包裝之后，產(chǎn)品將依次通過Loma Systems的檢重秤以及賽默飛世爾科技（Thermo Fisher Scientific）的X射線金屬檢測系統(tǒng)。隨后，包裝好的托盤被送入ADCO裝盒機，集成的偉迪捷（Videojet）噴碼系統(tǒng)會在每個紙盒上打印生產(chǎn)日期。目前紙箱仍采用人工裝箱方式，但ZoRoCo公司計劃不久后將引進一臺由Douglas Machine提供的自動裝箱設備。

COOKIEBOT系統(tǒng)的另一項靈活設計在于，并非所有產(chǎn)品都必須裝入托盤。ZoRoCo的部分客戶還會要求提供兩片裝、三片裝的小包裝形式，通過加油站便利店銷售給消費者；有的甚至希望提供針對航空乘客的單片裝餅干。若需要此類包裝，操作人員只需在COOKIEBOT的HMI控制界面上選擇相應參數(shù)，系統(tǒng)即可自動將部分產(chǎn)品分流，跳過抓取與放置環(huán)節(jié)，直接以單列形式進入一臺獨立的小規(guī)格薩克米枕式包裝機。該包裝機還會在薄膜內(nèi)插入輕質(zhì)紙板襯墊，以防止保護餅干或薄脆餅干不被壓碎。

首次引入機器人系統(tǒng)

自2024年2月正式投產(chǎn)以來，這套全新設備的表現(xiàn)遠超Rost的預期。他特別感謝Medalist Engineering的顧問Curtis Wardhaugh，是他向ZoRoCo推薦了Houdijk的COOKIEBOT系統(tǒng)。“我們之所以選擇Houdijk方案，其中一個重要原因是他們在合同中承諾系統(tǒng)整體設備效率（OEE）達到98%，而最終也確實兌現(xiàn)了這一承諾。”Rost表示，“這對我們來說意義重大，因為這是公司首次引入機器人技術。其實我們也考慮過用更傳統(tǒng)的機械自動化方式替代原本高度依賴人力的操作流程，這些機械方案的成本普遍更低，但它們在靈活性方面完全無法與COOKIEBOT相提并論，而靈活性正是我們最終作出決定的關鍵所在。”

Rost指出，在設備安裝調(diào)試及ZoRoCo員工培訓期間，Royal Houdijk團隊提供了全面支持和專業(yè)協(xié)助。他補充說，Houdijk在生產(chǎn)管理上高度重視POKA-YOKE防錯設計，這類設計能夠有效避免生產(chǎn)流程在未達到關鍵指標的情況下進入下一步驟，因而從源頭上降低了出錯的可能。

“這套系統(tǒng)的操作簡單直觀。操作員只需在HMI界面上輕點幾下，選擇相應程序，整個流程便可順利運行。員工們都非常喜歡這套設備。”Rost補充道，“此外，Houdijk還為我們提供了遠程服務支持，這在突發(fā)狀況下發(fā)揮了極大作用。”

作者：Pat Reynolds
摘自Packaging World雜志

來源：榮格-《 國際食品加工及包裝商情》

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