La automatización de municiones sobrepasa las necesidades actuales para el futuro

Underwood Ammo se saltó algunos pasos en su viaje de equipo de embalaje, optando por evitar una rampa progresiva e incremental hasta la automatización completa. En cambio, se sumergió en el extremo profundo con un sistema monobloque avanzado para encartonado, empaquetado en cajas y paletizado.

Kevin Underwood planteó por primera vez una teja para su empresa, Underwood Ammo, en 2013 después de darse cuenta de que podía llenar un vacío en el mercado de mejores municiones a un precio razonable. Desde entonces, la marca ha convertido la calidad de su producto en una reputación de primera, y ahora algunos de los mejores tiradores y cazadores del mundo, así como fuerzas del orden y militares, confían en las municiones. Y están dispuestos a contárselo a sus amigos y compañeros.

Pero al igual que muchas marcas más nuevas, independientemente de la industria, que fabrican productos ultrapremium en volúmenes iniciales más bajos, Underwood Ammo no comenzó con una instalación totalmente automatizada y sin luces. Eso fue particularmente cierto en el caso de la pieza de embalaje. Hace apenas un año, la mayoría de las operaciones de empaque, incluido el encartonado, el etiquetado y el empaque de cajas, en la sede central de la compañía de municiones en Sparta, Illinois, se realizaba completamente a mano. Se implementó cierta automatización para colocar rondas de municiones en bandejas de plástico moldeado por inyección a través de una máquina de carga de bandejas de munición (ATLM), y los operadores usaron una caja cónica automática para cerrar los contenedores de cartón corrugado, pero eso fue todo. Mientras tanto, la creciente popularidad de la marca creó una demanda que, considerando la disponibilidad limitada y el alto costo de la mano de obra, solo podía satisfacerse con la automatización.

Al evaluar cómo abordar la automatización del empaque, Kevin Underwood no estaba pensando en un año o incluso cinco años en el futuro. Estaba mirando el panorama general y preparándose para escalar. Por lo tanto, no se molestó con una instalación intermedia o semiautomática, y optó por pasar de una automatización cero a un sistema prácticamente preparado para el futuro. El sistema de paletizado, empaquetado en cajas y encartonado monobloque personalizado totalmente automatizado en Underwood Ammo.

"Nos estamos saltando algunos pasos, pero eso significa que no tendremos que hacer algo más de una vez... Así es como trabajo", bromea Underwood.

Con esa actitud, no fue ninguna sorpresa para su equipo que la primera incursión de Underwood en la maquinaria de envasado integrada fuera directamente en el equipo completamente automatizado de Aagard, sumergiéndose directamente en el extremo más profundo. El proyecto personalizado para empaque secundario en un recinto monobloque de tamaño reducido incluye una estuchadora, una empacadora de cajas y un paletizador, además de codificación y marcado, visión y más.

El sistema monobloque mantiene la huella más pequeña posible al eliminar el espacio desperdiciado asociado con máquinas separadas para cada una de las operaciones de encartonado, empaque de cajas y paletizado, evitando los largos traspasos entre cada uno. Además, permite realizar cambios con una sola entrada HMI en lugar de tres.

"Las rondas se colocan en bandejas automáticamente en su mayor parte con el ATLM, por lo que nuestro mayor cuello de botella fue [después de] eso, en el empaque", dice Underwood. "Hemos estado tratando de automatizar sobre la marcha, por lo que seguimos avanzando en la línea. Aagard fue la última pieza del rompecabezas, y obviamente dimos un gran paso adelante al llegar a esta automatización y sofisticación".

Las bandejas de municiones que salen del ATLM se colocan en carros de ruedas y luego se introducen a mano en el equipo Aagard. Esto indica espacio para la automatización futura, pero hablaremos de eso más adelante. La alimentación es doble, con dos carriles paralelos de un solo archivo de municiones en bandeja, orientadas longitudinalmente, que se transportan al equipo de encartonado. Dado el estado manual o semiautomático de las operaciones upstream, la inspección a través de los sistemas de escaneo y visión de Cognex se lleva a cabo de inmediato. Una configuración de alimentación de dos bandejas de municiones permite duplicar la producción a un ritmo moderado y manejable.

"Una de las grandes cosas que Kevin [Underwood] hizo de manera brillante al comienzo de este proyecto fue apuntar a que estaba muy por encima de la capacidad. Y luego, entendió que algunos de los procesos hasta la fecha, al menos hasta que alcancen su estado futuro, son semiautomatizado. Existe la posibilidad de que falte un cartucho [de municiones] de una bandeja; a veces eso puede suceder", dice Eli Jeffers, supervisor de Underwood Ammo. "Entonces, continuamos y pusimos la inspección en la alimentación. Inspeccionamos visualmente las bandejas con una cámara, identificamos cuándo [una ronda perdida en una bandeja] es el caso, y luego lo rastreamos a través del sistema y lo rechazamos para asegurarnos de que no sale a un cliente. Lo último que desea es que un cliente se quede corto; cuando se trata de un producto premium, no quieren recibir una bandeja parcial. Ponemos un esfuerzo adicional allí".

En otro ejemplo de planificación anticipada de Underwood, ya estaba introduciendo "pull-down" al sistema al principio del proyecto. Esto fue evidente cuando optó por una entrada doble o doble para bandejas de municiones, así como una entrada doble para armar cajas de cartón a partir de espacios en blanco 2D. La idea en ambos casos era aumentar la capacidad general, manteniendo las tasas lentas y manejables. Este enfoque doble reduce efectivamente a la mitad la tarifa para carriles individuales. Cada carril realiza 25 ciclos/min, pero con un formato de dos en uno, Underwood obtiene el beneficio de una capacidad de 50 cajas/min. La munición en bandeja se coloca postrada para la carga de cartón.

"Eso va de la mano con la filosofía de Aagard de crear el movimiento más suave posible", dice Jonas Capistrant, gerente de ingeniería de aplicaciones de Aagard.

También era conveniente tener dos cintas transportadoras de alimentación, ya que este diseño aumentaba la cantidad de espacio que los operadores podían usar para cargar bandejas de municiones a medida que se colocaban en las cintas transportadoras de alimentación de las operaciones anteriores.

"Nuestro objetivo era solucionar el cuello de botella ahora y el del futuro al que aún no hemos llegado", dice Underwood.

Las cajas de cartón se introducen en el sistema a través de dos cargadores paralelos llenos de espacios en blanco planos 2D. La empresa utiliza cajas de cartón que se pueden volver a cerrar con lengüeta plegable en lugar de un cierre de solapa con adhesivo completo, por lo que el consumidor final puede volver a cerrar las cajas de forma conveniente después de cargar rondas individuales de municiones. Las cajas de cartón se erigen mecánicamente, a través de pinzas de vacío de copas opuestas, en cajas de cartón 3D con solapas de lengüeta plegable ambas hacia abajo mientras se cargan en dos tramos paralelos, luego se transportan corriente abajo de forma consecutiva.

"Una de las cosas que es muy común en la industria es que las solapas de las lengüetas se opongan entre sí. Y originalmente, ese es el formato que estaban planeando aquí, donde se mete una solapa hacia arriba y la solapa opuesta hacia abajo", dice Capistrant. "Pero para los fines de la automatización, es más fácil si ambas aletas de lengüeta están hacia abajo y del mismo lado, de modo que no estorben cuando estamos cargando las bandejas de municiones o más adelante cuando vayamos a doblar esa aleta". . No queremos meter la lengüeta en la bandeja de plástico, queremos que entre sin esfuerzo en la caja. Entonces, hicimos un cambio en la caja para que las solapas estén del mismo lado en lugar de opuestas".

Otro elemento único de la configuración de formación de cajas de cartón es la práctica de retirar los espacios en blanco de los cargadores orientados a lo largo, luego usar el efector final mecánico para rotarlos a lo ancho en los tramos del transportador, con las solapas de las lengüetas dobladas hacia afuera. Los sensores reconocen las ranuras de las bandejas vacías.

"El diseño original, incluso en el momento de la venta, era que íbamos a hacer algo más tradicional, donde colocamos las cajas boca arriba en el cargador. Pero no se cargan a mano en el cargador con la misma facilidad que manera", dice Capistrant. "Entonces, agregamos una característica en la que cargamos los espacios en blanco de la mejor manera para la carga, que es a lo largo. Luego rotamos los espacios en blanco a medida que los erigimos y se colocan en los tramos, lo que nos brinda lo mejor de ambos mundos. Están en su forma más estable cuando se cargan y también en el formato correcto a medida que se transportan aguas abajo a través de la máquina".

Las cajas de cartón en sí, que son suministradas por Graphic Packaging International (GPI), son espacios en blanco KD de 24 pt de espesor con la solapa (lateral) del fabricante prepegada, lo que constituye el único adhesivo en la porción de empaque primario del sistema. Las cajas de cartón están impresas por un lado y usan un revestimiento UV adicional para mejorar el impacto en los estantes.

"Queremos que nuestro empaque sea de primera calidad, al igual que las municiones", dice Underwood sobre las cajas resistentes y elegantemente decoradas. Los espacios en blanco de cartón 2D residen en revistas orientadas a lo largo, luego pivotan 90 grados durante el montaje para ingresar a los tramos a lo ancho, con ambas solapas de lengüeta hacia abajo.

De vuelta en la línea de empaque, a medida que los cartones erguidos viajan por la línea hacia la carga del cartón, las dos aletas de lengüeta plegable que miran hacia abajo se subducen cada una debajo de una brida de metal. Esta estación de plegado previo evita que las aletas interfieran con la carga de municiones en la caja de cartón aguas abajo.

Mientras tanto, las bandejas de municiones en la entrada del producto se giran 90 grados para colocarlas de lado, con las bandejas de plástico mirando hacia abajo y los extremos más estrechos de las balas hacia arriba. A continuación, un empujador las carga suavemente en las cajas.

"Nuevamente, esta es la razón por la que cambiamos todo el diseño para que las solapas de las lengüetas dobles queden hacia abajo", dice Capistrant. "Estamos protegiendo esas aletas [subduciéndolas debajo de la brida de metal], y un cargador de embudo protege las esquinas de la caja, evitando que la bandeja de plástico o incluso los cartuchos de municiones se enganchen con el borde de la caja. Es muy intencional la forma en que es Establecer en la estación de carga que las bandejas de municiones tengan un camino libre y despejado para entrar en la caja.

"Al cerrar, queríamos que las lengüetas se metieran en la caja encima de las bandejas", continúa. "La gravedad los mantiene presionados y la lengüeta penetra en la caja aproximadamente una pulgada cuando están cerrados".

Al meter la lengüeta sobre la bandeja de plástico postrada, en lugar de intentar colocar la lengüeta debajo de la pesada bandeja donde reposa, el contenido de la caja no interfiere con el cierre de la caja de las solapas de la lengüeta. Estas trampillas se cierran con neumática Festo. Las solapas de las lengüetas se subducen debajo de una brida de metal después de erigirse para facilitar la carga de las bandejas de municiones.

Este es otro ejemplo en el que el formato de alimentación doble vuelve a entrar en juego. Underwood está invirtiendo en material de cartón bien decorado, por lo que una operación suave y más lenta que protege cuidadosamente la caja y carga suavemente las bandejas de municiones evita daños antiestéticos en el paquete primario premium.

Los cartones cargados con las lengüetas cerradas se codifican y marcan con un sistema de inyección de tinta de Videojet. Los datos variables incluyen el calibre de la munición, el peso de la ronda, una descripción del tipo de ronda, un número de lote y un código UPC.

Las cajas de cartón cerradas generalmente se empujan de forma cruzada desde una cámara de una sola fila hacia un volquete, donde se apilan en formatos de 2x5 de 10 cajas de cartón. Luego, las cajas se inclinan sobre sus bordes girándolas 90 grados. Underwood señala que la mayoría de los formatos se adhieren a este patrón 2x5, pero hay flexibilidad para diferentes patrones en el futuro.

Inclinar el borde no cumple ninguna función específica para las cajas, era simplemente un requisito de orientación; funcionó mejor con el diseño de la máquina y la forma en que la máquina arma las cajas. Un mecanismo en el volcador aplica presión a las dos pilas de cinco cajas de cartón para ajustarlas juntas, proporcionar una contención de tres lados y eliminar el juego adicional entre las cajas de cartón antes de empacarlas.

A los efectos de un recorrido por la máquina, hasta ahora nos hemos centrado en algunos SKU específicos de disposiciones de 2x10 o 4x5 de munición de 20 quilates en bandejas moldeadas por inyección. Pero la compañía también hace formatos 5x10 para una munición de 50 ct y una más pequeña de 10 ct. Pero lo más importante, todos estos formatos están disponibles en muchos calibres de munición y tipos de cartuchos diferentes. Eso se traduce en 350 SKU diferentes que se empaquetan en los 10 estilos de cartón diferentes actualmente programados en la máquina. A medida que crecen en este equipo, Jeffers espera programar hasta 35 recetas diferentes para 35 formatos de paquetes discretos diferentes. Las bandejas de municiones de la entrada doble se orientan para colocarse de costado antes de que los empujadores las carguen en cajas de cartón.

Se mire como se mire, la mezcla de productos es inmensa y los cambios son frecuentes. Es por eso que Underwood optó por una característica opcional, un cambio totalmente automatizado.

"El mejor dinero que he gastado", dice Underwood. "Puedo presionar un botón y cambia más del 96 % de la máquina, y ha hecho absolutamente exactamente lo que esperábamos. El tiempo de cambio es mínimo, menos de 10 minutos. Obviamente es una opción costosa, pero valió la pena. ... Nuestra industria en realidad se ha ralentizado un poco. No estamos ejecutando [largas tiradas de un solo SKU] como antes, por lo que los cambios son aún más importantes [para tiradas más cortas con más mezcla]. Ha sido fenomenal desde esa perspectiva. "

Un elemento menos discutido de la capacidad de cambio automático es la facilidad con la que un CPG puede programar y probar sus propias recetas, en lugar de confiar en el OEM para hacer toda la programación al comienzo del proyecto, o más costoso, a través del soporte del mercado de accesorios.

"Si hubieran querido que probáramos sus 35 recetas, habría sido muy complicado para nosotros. Entonces, lo hicimos para que pudieran configurar sus propios tamaños sin la ayuda de los técnicos de Aagard. Fue un poco complicado". curva de aprendizaje al principio, pero ahora están creando recetas que no conocemos", dice Capistrant. Las cajas se formatean en pilas de 2x5, luego se orientan girando 90 grados sobre el borde, antes de la contención de tres lados y un empujador las carga en una caja de cartón corrugado.

Jeffers agrega: "Es muy fácil. De hecho, configuré uno nuevo esta mañana, y el proceso total me tomó 20 minutos, con solo algunos ajustes menores aquí y allá, cambiando las compensaciones por milímetros. Una vez que obtuve todos los alturas y anchos programados perfectamente con el rechazo normal, podría tomar alrededor de 30 minutos como máximo, de principio a fin. Y una vez que está allí, es permanente. Puedo alcanzar esa receta dentro de un año, y el trabajo ya está hecho".

"Esta es una característica que llamamos Rapid Launch, nuestra tecnología de máquina que permite a nuestros clientes configurar un nuevo producto en minutos, en lugar de actualizar el equipo o instalar otra línea", dice Capistrant.

Hablando de la proliferación de SKU, las operaciones de empaque de cajas en el monobloque se diseñaron para erigir y empaquetar cajas de cartón corrugado que pudieran acomodar una gama de productos, desde cartones de munición de rifle de 8 pulgadas de largo hasta munición de pistola comparativamente corta.

"Una empacadora de cajas de vuelo típica no admite muy bien un rango tan amplio", dice Capistrant. "De hecho, diseñamos una configuración única de empaquetado de cajas con lanzadera superior en la que podemos lograr un montaje de copas opuestas sólidas fuera del cargador de cajas de cartón corrugado, cargarlo y ser capaces de manejar ese rango de cajas muy grande desde una caja muy poco profunda que no es típicamente apoyado por vuelos, hasta los formatos más grandes". Las cajas de cartón corrugado se empaquetan, se cierran con equipos termofusibles y se imprimen a través de inyección de tinta con datos variables antes de la paletización.

Los cargadores que contienen espacios en blanco para cajas corrugadas en 2D se encuentran debajo de las operaciones de formación de cajas. Los operadores pueden recargar fácilmente los cargadores, a pesar de las operaciones de selección y montaje en blanco sobre ellos, gracias a las cuidadosas medidas de contención y seguridad. El formato de máquina monobloque crea barreras físicas entre los operadores y los componentes móviles.

Las cajas se cierran y sellan mediante un equipo de adhesivo termofusible de Nordson y se deslizan a través de otra ronda de codificación y marcado. En esta operación, dos cabezales de impresora de inyección de tinta de Videojet enfrentados imprimen los mismos datos variables que se imprimieron en el paquete primario, esta vez en el corrugado. Luego, las cajas se toman directamente del extremo de la empacadora de cajas y la impresora y se transportan mediante una lanzadera aérea a un paletizador de dos bahías. Debido a las tasas de paletas de ritmo medio, la carga de nuevas paletas no se realiza con tanta frecuencia como en operaciones de mayor velocidad (al menos, al menos). En este punto, no se requieren dispensadores automáticos de tarimas ni insertadores de hojas deslizantes, lo que reduce el costo del sistema.

La configuración de dos bahías con transporte de cajas con lanzadera superior y bahías completamente cerradas permite que un operador disponga de mucho tiempo para retirar una tarima completa y moverla a la envoltura estirable a través del equipo Orion, mientras el sistema continúa construyendo un patrón de empaque para la segunda tarima. en la segunda bahía. Si bien las cajas se transportan por encima de la cabeza mediante lanzaderas de succión al vacío, la atención especial a la contención del operador en ambas bahías de tarimas permite la entrada segura del operador a las bahías para recuperar tarimas llenas, tal como sucedió cuando la formación de cajas se realizaba sobre los cargadores de cartón corrugado en blanco. La máquina desliza una barrera física entre las operaciones de movimiento y los operadores. Las cajas de cartón corrugado se empaquetan, se cierran con equipos termofusibles y se imprimen a través de inyección de tinta con datos variables antes de la paletización.

"Estamos singularizando las cajas a medida que las colocamos en el palé, por lo que hay mucha flexibilidad en el patrón de palés y en cómo las colocamos en los palés. Incluso tiene la capacidad de hacer patrones de molinete", dice Capistrant. "Estas paletas son bastante pesadas, por lo que se pesan antes de dimensionarse, y eso nos brinda muchas opciones".

Para todo el sistema de empaque, los componentes de automatización, incluidos motores, variadores, PLC y HMI, son todos de Rockwell Automation.

Una vez que el sistema de empaque monobloque estuvo en funcionamiento, Underwood pudo reasignar la mano de obra lejos de las operaciones de empaque tediosas, repetitivas y ergonómicamente hostiles y ubicarlas en roles más útiles en otras partes de la instalación.

"Es solo un ahorro masivo de mano de obra en las operaciones de empaque, y era un trabajo que nadie quería hacer", comparte Underwood. "Podían empacar una caja bastante rápido, pero no parecía divertido". Las cajas se singularizan y paletizan mediante un carro aéreo, después de codificar y marcar directamente sobre el cartón ondulado. El peso de los productos tiende a mantener bajas las alturas de los palés, pero hay disponibles muchos patrones de palés, incluido el molinete.

El nuevo equipo de embalaje también permitió a Underwood y Jeffers volver a centrar la atención en las operaciones de bandejas aguas arriba, dándoles más horas humanas para ayudar a acumular bandejas y acumular municiones en bandejas para mantener alimentada a la bestia Aagard. Pero eso solo pone de relieve el hecho de que grandes saltos en la automatización como este solo desplazan el cuello de botella a otro lugar de la línea. Y ese cuello de botella ahora está en las operaciones de bandejas, tanto manuales como en los ATLM.

"Una máquina de colocación de bandejas automatizada más rápida que se vinculará directamente con Aagard, eso es lo que sigue", dice Underwood. "Estamos alimentando esta máquina a mano, pero la intención es que eventualmente sea un proceso continuo".

Y es casi seguro que sucederá pronto, tal vez incluso en un edificio nuevo: Underwood está casi sin espacio en sus instalaciones actuales. Él ya ha comprado la propiedad, y los planes están en marcha. Independientemente de en qué parte de la línea suceda, se necesita más y mejor automatización en la bandeja y en otros lugares para aprovechar al máximo la nueva automatización de empaque de Aagard. Un formato de palet de dos bahías significa que la paletización en una segunda bahía continúa mientras los operadores retiran la tarima de una primera bahía. La máquina aísla a los operadores de cualquier parte móvil con una barrera física por seguridad.

Pero ese ha sido el plan de Underwood todo el tiempo: estar preparado para el futuro ampliando las operaciones mucho más de lo que exigen las necesidades actuales del día. Esto permitirá que Underwood Ammo se convierta en equipo con el tiempo y evitará el incremento gradual y gradual que ralentiza el progreso.

"Una última gran parte de nuestra experiencia con Aagard ha sido su servicio y su departamento de garantía", concluye Underwood. "Realmente se han ocupado de nosotros en cualquier problema con el que hayamos tenido problemas. Siempre han estado allí para las partes durante la noche, y si tengo algún tipo de pregunta, siempre he podido enviar un mensaje de texto". alguien, y responderían de inmediato. Es un toque final impresionante para una instalación exitosa". -PW

Las personas que manejan regularmente municiones, o que conocen bien las armas de fuego, saben que las preocupaciones de seguridad en el manejo de municiones son insignificantes, al menos antes de cargarlas en un cañón.

Pero aquellos que no tienen tanta experiencia en este campo pueden preguntarse acerca de la seguridad en lo que se refiere a la automatización o equipos mecánicos que manejan rondas o grupos de rondas de municiones. Los que saben dicen que esto no es una gran preocupación.

En primer lugar, se necesita mucha fuerza concentrada aplicada a un área específica de una ronda para activar el cebador, por lo que la descarga accidental durante el manejo mecánico es extremadamente rara. Además, dado que las rondas no están alojadas en el cañón de un arma cuando se produce la descarga accidental, la disipación de energía no se concentra en una sola dirección. La disipación de energía se irradia hacia afuera en todas las direcciones a la vez, y la bala real en la cabeza de la ronda no se proyectará hacia adelante de manera enfocada, como lo haría cuando estuviera alojada en un cañón direccional.