La automatización de municiones sobrepasa las necesidades actuales hacia el futuro

Underwood Ammo se saltó algunos pasos en su recorrido por el equipo de embalaje y optó por evitar un avance gradual e incremental hacia la automatización total. En lugar de ello, se lanzó al fondo con un avanzado sistema monobloque para encartonado, embalaje en cajas y paletizado.

Kevin Underwood colgó por primera vez una teja para su empresa, Underwood Ammo, en 2013 después de reconocer 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 premium, y ahora algunos de los principales tiradores y cazadores del mundo, así como agentes 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 ultra premium en volúmenes iniciales más bajos, Underwood Ammo no comenzó con una instalación totalmente automatizada y sin luces. Esto fue particularmente cierto en el caso del embalaje. Hace apenas un año, la mayoría de las operaciones de embalaje, incluido el encartonado, el etiquetado y el embalaje de cajas, en la sede de la empresa de municiones en Sparta, Illinois, se realizaban totalmente a mano. Se implementó cierta automatización para colocar cartuchos de munición en bandejas de plástico moldeadas por inyección a través de una máquina de carga de bandejas de munición (ATLM), y los operadores utilizaron un encintador de cajas automático para cerrar los transportadores 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, sólo podía satisfacerse con la automatización.

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

“Nos saltamos 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 embalaje integrada fuera directamente en equipos totalmente automatizados de Aagard, sumergiéndose directamente en el fondo. El proyecto personalizado para embalaje secundario en un gabinete monobloque de pequeño tamaño incluye una estuchadora, una empacadora de cajas y un paletizador, además de codificación y marcado, visión y más.

El sistema monobloque mantiene el espacio más pequeño posible al eliminar el espacio desperdiciado asociado con máquinas separadas para cada una de las operaciones de encartonado, empaquetado de cajas y paletizado, evitando los largos traspasos entre cada una. Además, permite que los cambios se realicen con una sola entrada HMI en lugar de tres.

"Las balas 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 embalaje", dice Underwood. “Hemos estado tratando de automatizar a medida que avanzamos, por lo que seguimos avanzando en el futuro. Aagard fue la última pieza del rompecabezas y, obviamente, dimos un gran paso adelante al alcanzar tanta automatización y sofisticación”.

Las bandejas de munición que salen del ATLM se colocan en carros con ruedas y luego se introducen manualmente 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 una sola fila de munición en bandejas, orientados 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 visión y escaneo de Cognex se realiza de inmediato. Una configuración de alimentación de bandeja de municiones doble permite duplicar la producción a un ritmo moderado y manejable.

“Una de las mejores cosas que Kevin [Underwood] hizo de manera brillante al comienzo de este proyecto fue apuntar a que superara su capacidad. Y luego, entendió que algunos de los procesos hasta la fecha, al menos hasta llegar a su estado futuro, son semiautomatizados. Existe la posibilidad de que falte un cartucho [de munición] en una bandeja; A veces eso puede suceder simplemente”, dice Eli Jeffers, supervisor de Underwood Ammo. “Así que seguimos adelante y realizamos una inspección en la alimentación. Inspeccionamos visualmente las bandejas con una cámara, identificamos cuándo es el caso [una bala perdida en una bandeja] y luego la rastreamos a través del sistema y la rechazamos para asegurarnos de que no llegue a un cliente. Lo último que desea es que un cliente quede en corto; cuando se trata de un producto premium, no quieren recibir una bandeja parcial. Allí ponemos un esfuerzo extra”.

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

"Esto va de la mano con la filosofía de Aagard de crear el movimiento más fluido posible", afirma Jonas Capistrant, director de ingeniería de aplicaciones de Aagard.

También era conveniente tener dos transportadores de alimentación, ya que dicha disposición aumentaba la cantidad de espacio que los operadores podían usar para cargar bandejas de municiones a medida que se colocaban en los transportadores de alimentación desde las operaciones anteriores.

"Nuestro objetivo era solucionar el cuello de botella actual 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 con solapa adhesiva completa, de modo que el consumidor final pueda volver a cerrar cómodamente las cajas después de cargar rondas individuales de munición. Las cajas se erigen mecánicamente, a través de pinzas de vacío de copas opuestas, en cajas 3D con solapas plegables, ambas hacia abajo, mientras se cargan en dos tramos paralelos y luego se transportan río abajo consecutivamente.

“Una de las cosas que es muy común en la industria es que las solapas con lengüetas se opongan entre sí. Y originalmente, ese es el formato que estaban planeando aquí, donde se dobla una solapa hacia arriba y la solapa opuesta hacia abajo”, dice Capistrant. "Pero para fines de automatización, es más fácil si ambas solapas con lengüeta plegable están hacia abajo y en el mismo lado, de modo que no estorben cuando cargamos las bandejas de municiones o más tarde cuando vamos a meter esa solapa". . No queremos meter la pestaña en la bandeja de plástico, queremos que entre sin esfuerzo en la caja. Entonces, hicimos un cambio en la caja para que las solapas estuvieran en el mismo lado en lugar de oponerse entre sí”.

Otro elemento único de la configuración de montaje de cajas de cartón es la práctica de retirar los espacios en blanco de los cargadores orientados longitudinalmente y luego utilizar el efector final mecánico para girarlos a lo ancho en los tramos del transportador, con las solapas de las lengüetas plegadas extendidas hacia afuera. Los sensores reconocen las ranuras para bandejas vacías.

“El diseño original, incluso en el momento de la venta, era que íbamos a hacer algo más tradicional, en el que colocaríamos las cajas boca arriba en el cargador. Pero de esa manera no se cargan manualmente en el cargador con tanta facilidad”, dice Capistrant. “Entonces, agregamos una función en la que cargamos los espacios en blanco de la mejor manera para cargarlos, que es a lo largo. Luego rotamos los espacios en blanco a medida que los levantamos 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 cuando se transportan a través de la máquina”.

Las cajas de cartón, que son suministradas por Graphic Packaging International (GPI), son espacios en blanco KD de 24 puntos de espesor con la solapa (lateral) prepegada por el fabricante, lo que constituye el único adhesivo en la parte de embalaje primario del sistema. Las cajas de cartón están impresas por una cara y utilizan una capa UV adicional para mejorar el impacto en los estantes.

"Queremos que nuestro embalaje 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 cargadores orientados a lo largo, luego giran 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 embalaje, a medida que las cajas montadas viajan por la línea hacia la carga de cajas, las dos solapas con lengüetas plegables orientadas hacia abajo se subducen cada una debajo de una brida metálica. Esta estación de preplegado evita que las aletas interfieran con la carga de municiones en la caja aguas abajo.

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

"Una vez más, es por eso que cambiamos todo el diseño para que las solapas de las lengüetas plegables queden hacia abajo", dice Capistrant. “Estamos protegiendo esas solapas [subduciéndolas debajo de la brida metálica], y un cargador de embudo protege las esquinas de la caja, evitando que la bandeja de plástico o incluso los cartuchos de munición se enganchen en el borde de la caja. Es muy intencional la forma en que está configurada 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 pestañas 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 colocar la lengüeta sobre la bandeja de plástico postrada, en lugar de intentar colocar la lengüeta debajo de la bandeja pesada donde se encuentra, el contenido de la caja no interfiere con el cierre de las solapas de las lengüetas plegables. Estas trampillas se cierran mediante neumática de Festo. Las solapas con lengüetas plegables se subducen debajo de una brida de metal después de levantarlas para facilitar la carga de las bandejas de municiones.

Este es otro caso en el que vuelve a entrar en juego el formato de alimentación doble. Underwood está invirtiendo en material de cartón bien decorado, de modo que una operación suave y más lenta que proteja cuidadosamente la caja y cargue suavemente las bandejas de municiones evite daños antiestéticos al paquete primario premium.

A continuación, las cajas cargadas con las pestañas cerradas se codifican y marcan con un sistema de inyección de tinta Videojet. Los datos variables incluyen el calibre de la munición, el peso de la bala, una descripción del tipo de bala, un número de lote y un código UPC.

Las cajas cerradas generalmente se empujan en cruz desde una cámara de una sola fila hacia un volcador, donde se apilan en formatos de 2x5 de 10 cajas. Luego, las cajas se inclinan sobre sus bordes girándolas 90 grados. Underwood señala que la mayoría de los formatos se adhieren a este patrón de 2x5, pero existe 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 erige las cajas. Un mecanismo en el volcador aplica presión a las dos pilas de cinco cajas para ajustarlas entre sí, proporcionar contención por tres lados y eliminar el juego adicional entre las cajas antes de empacarlas.

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

Se mire como se mire, la combinación 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 en mi vida", 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 cara, pero valió la pena. … De hecho, nuestra industria se ha desacelerado un poco. No estamos ejecutando [tiradas largas de SKU individuales] de gran éxito como lo hacíamos 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 de la capacidad de cambio automático que se discute con menos frecuencia es la facilidad con la que un CPG puede programar y probar sus propias recetas, en lugar de depender del OEM para realizar toda la programación al inicio del proyecto, o más costoso, mediante soporte posventa.

“Si hubieran querido que probáramos sus 35 recetas, habría sido muy complicado para nosotros. Así que lo hicimos para que pudieran configurar sus propios tamaños sin la ayuda de los técnicos de Aagard. Al principio fue una pequeña curva de aprendizaje, pero ahora están creando recetas que desconocemos”, dice Capistrant. Las cajas se formatean en pilas de 2x5 y luego se orientan girándolas 90 grados en el borde, antes de contenerlas por tres lados y un empujador las carga en una caja corrugada.

Jeffers añade: “Es muy fácil. De hecho, configuré uno nuevo esta mañana y el proceso total me llevó 20 minutos, con solo algunos ajustes menores aquí y allá, cambiando las compensaciones por milímetros. Una vez que tenga todas las alturas y anchos programados perfectamente con un rechazo normal, podría tomar unos 30 minutos como máximo, de principio a fin. Y una vez que está ahí, es permanente. Puedo aplicar 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 proliferación de SKU, las operaciones de empaque de cajas en el monobloque fueron diseñadas para levantar y empacar cajas corrugadas que pudieran acomodar una variedad de productos, desde cajas de municiones de rifle de 8 pulgadas de largo hasta municiones de pistola comparativamente cortas.

“Una típica empacadora de cajas tipo fly-in no soporta muy bien un rango tan amplio”, dice Capistrant. “De hecho, diseñamos una configuración única de empaque de cajas con lanzadera aérea donde podemos lograr un sólido levantamiento de copas opuestas a partir del cargador de cajas corrugadas, cargarlo y poder manejar ese rango de cajas muy grande desde una caja muy poco profunda que no es normalmente respaldado por vuelos, hasta los formatos más grandes”. Las cajas de cartón corrugado se empaquetan, se cierran con equipos termofusibles y se imprimen mediante inyección de tinta con datos variables antes de paletizarlas.

Los cargadores que contienen cajas en bruto de cartón corrugado 2D están situados debajo de las operaciones de montaje de cajas. Los operadores pueden rellenar fácilmente los cargadores, a pesar de las operaciones de recogida y montaje de piezas 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 pasan por otra ronda de codificación y marcado. En esta operación, dos cabezales de impresora de inyección de tinta Videojet enfrentados imprimen los mismos datos variables que se imprimieron en el paquete primario, esta vez en el cartón corrugado. Luego, las cajas se sacan directamente del extremo de la empacadora de cajas y la impresora y se transportan mediante una lanzadera aérea a un paletizador de doble bahía. Debido a las velocidades de paletas de ritmo medio, la carga de paletas nuevas no ocurre con tanta frecuencia como podría ocurrir en operaciones de mayor velocidad (al menos todavía). En este momento no se requieren dispensadores de paletas automatizados ni insertadores de hojas deslizantes, lo que reduce el costo del sistema.

La configuración de dos compartimentos con transporte de cajas mediante lanzadera aérea y compartimentos completamente cerrados permite al operador tener tiempo suficiente para retirar un palé completo y trasladarlo a la envoltura estirable mediante el equipo Orion, mientras el sistema continúa creando un patrón de embalaje para el segundo palé. en la segunda bahía. Aunque las cajas se transportan por encima mediante lanzaderas de succión al vacío, la atención especial a la contención del operador en ambas bahías de paletas permite que el operador ingrese de manera segura a las bahías para recuperar las paletas llenas, tal como fue el caso cuando se formaban las cajas sobre los almacenes de cartón corrugado en blanco. La máquina desliza una barrera física entre las operaciones en movimiento y los operadores. Las cajas de cartón corrugado se empaquetan, se cierran con equipos termofusibles y se imprimen mediante inyección de tinta con datos variables antes de paletizarlas.

“Estamos singularizando las cajas a medida que las colocamos en la plataforma, por lo que hay mucha flexibilidad en el patrón de la plataforma y en la forma en que las colocamos en las plataformas. Incluso tiene la capacidad de crear patrones de molinete”, dice Capistrant. "Estas paletas son bastante pesadas, por lo que pesan antes de dimensionarse, y eso nos brinda muchas opciones".

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

Una vez que el sistema de embalaje monobloque estuvo en funcionamiento, Underwood pudo reasignar la mano de obra lejos de las operaciones de embalaje tediosas, repetitivas y ergonómicamente poco amigables y colocarlos en funciones más útiles en otras partes de la instalación.

"Es simplemente un enorme ahorro de mano de obra en las operaciones de embalaje, y era un trabajo que nadie quería hacer", comparte Underwood. "Podían empacar una caja bastante rápido, pero no parecía divertido". Las cajas se individualizan y paletizan mediante una lanzadera aérea, después de codificarlas y marcarlas directamente sobre el cartón corrugado. El peso de los productos tiende a mantener bajas las alturas de los palés, pero se encuentran disponibles muchos patrones de palés, incluido el de molinete.

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

“Lo próximo es una máquina de colocación de bandejas automatizada y más rápida que se conectará directamente con el Aagard”, dice Underwood. "Estamos alimentando esta máquina a mano, pero la intención es que eventualmente sea un proceso fluido".

Y es casi seguro que sucederá pronto, tal vez incluso en un edificio nuevo: Underwood casi se queda sin espacio en sus instalaciones actuales. Ya compró la propiedad y los planes están en proceso. Independientemente de en qué parte de la línea ocurra, se necesita más y mejor automatización en la colocación de bandejas y en otros lugares para aprovechar al máximo la nueva automatización de envasado de Aagard. Un formato de paleta de dos bahías significa que la paletización en una segunda bahía continúa mientras los operadores retiran la paleta de una primera bahía. La máquina aísla a los operadores de cualquier pieza móvil con una barrera física por seguridad.

Pero ese ha sido el plan de Underwood desde el principio: prepararse para el futuro ampliando las operaciones mucho más de lo que exigen las necesidades actuales. Esto permitirá que Underwood Ammo se convierta en equipo con el tiempo y evitará el aumento gradual e incremental que ralentiza el progreso.

"Una última gran parte de nuestra experiencia con Aagard ha sido su departamento de servicio y garantía", concluye Underwood. “Realmente nos han atendido en cualquier cosa con la que hemos tenido algún problema. Siempre han estado ahí para pasar la noche y, si tenía algún tipo de pregunta, siempre podía enviarle un mensaje de texto a alguien y me respondía de inmediato. Es un impresionante toque final para una instalación exitosa”. -PW

Las personas que manejan municiones con regularidad, o que conocen bien las armas de fuego, saben que las preocupaciones de seguridad relacionadas con 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 al equipo mecánico que maneja balas o grupos de balas. Los que lo saben dicen que esto no es motivo de gran preocupación.

En primer lugar, se necesita mucha fuerza concentrada aplicada a un área específica de una bala para activar el cebador, por lo que la descarga accidental durante el manejo mecánico es extremadamente rara. Además, dado que las balas no están alojadas en el cañón del 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 direcciones a la vez, y la bala real en la cabeza de la bala no se proyectará hacia adelante de manera enfocada, como lo haría si estuviera alojada en un cañón direccional.