Konditor setzt das Gegenstromprinzip um

Sweet Candy Co. entschied sich für ein Roboter-Pick-and-Place-System, um das Produkt in Schichten zusammenzustellen und dann Schichten in Kartons zu kommissionieren. Kartons werden nach Gewicht verkauft, das Gewicht der Sticks variiert jedoch je nach Charge, sodass die Anzahl direkt angepasst wird, um genaue Gewichte und geringe Streuverluste zu gewährleisten.

Die in Salt Lake City ansässige Sweet Candy Company ist ein über 100 Jahre altes Konditorunternehmen, das sich in der vierten Generation in Familienbesitz befindet und von der Familie geführt wird; die fünfte Generation ist bereits im Unternehmen vertreten. Das von der Familie Sweet gegründete Unternehmen vertreibt national und international mehr als 250 hochwertige Süßigkeiten in Großpackungen, Tüten und Kartons. Am bekanntesten ist es jedoch vielleicht für seine charakteristischen, mit Schokolade überzogenen, stäbchenförmigen Bonbons, die ausschließlich in 10,5-Unzen-Kartons verkauft werden. Der köstliche Pektin-Genuss mit Schokoladen- und Fruchtgeschmack ist seit seiner Einführung in den 1940er-Jahren ein regionaler Favorit und wird das ganze Jahr über verkauft. Aber es gab auch ein saisonales Element in den Verkaufsmustern; Als beliebtes Geschenk für Weihnachtsgeschenke in der Zwischengebirgsregion waren die Schokoladenstangen vor Ort praktisch zum Synonym für die Feiertage geworden.

Aber diese Schokoladenstangen sind kein regionales Geheimnis mehr, da sie in jüngster Zeit über Spezialmärkte für Süßwaren, die sie als verschenkbare und teilbare Gourmet-Leckereien verkaufen, eine größere landesweite Anhängerschaft erlangt haben. Die Schokoladenstangen von Sweet sind mittlerweile landesweit bei Einzelhändlern wie Cracker Barrell Old Country Stores, Ross Stores oder anderen Süßwarenmärkten erhältlich, die sich auf einzigartige Produkte außerhalb der traditionellen Massenhandels- oder Lebensmittelformate spezialisiert haben. Da die Schokoladenstangen als 10,5-Unzen-Einheiten mit 32 bis 34 Schokoladenstangen pro Karton angeboten werden, ist der Preis pro Unze führend in der Kategorie der echten Schokolade. Und für ein Geschäft wie Cracker Barrell bedeutet dies, dass die Produktmarge voll ausfällt. Ein modularer Aufbau ermöglicht viele verschiedene Funktionen innerhalb des Systems, einschließlich der Zusammenstellung einzelner Produkte aus einer lose angeordneten Zuführung, der Kommissionierung ganzer Schichten und deren Platzierung in Kartonböden und Wachspapier Anwendung und Kartondeckel.

Dieser jüngste Einstieg in die nationalen Märkte für Süßwarenspezialitäten löste im gesamten Jahr einen Anstieg der Nachfrage aus – nicht nur während des saisonalen Feiertagsansturms – und zwang die Unternehmensleitung dazu, über große Schritte in der Automatisierung nachzudenken, um mit den steigenden Produktionsanforderungen Schritt zu halten. Diese Schritte waren auch nicht ausschließlich produktions- oder durchsatzorientiert. Ziel von Leadership war es, ein Maß an Präzision bei Gewichten, Größen und Stückzahlen zu erhöhen, das zuvor mit einer halbautomatischeren Verpackungslinie nicht erreicht werden konnte. Am dringendsten war es jedoch, die Verpackungsabläufe zu verbessern, die insbesondere bei diesem Produkt hinter den Kapazitäten der vorgelagerten Süßwarenherstellung zurückblieben. Im Oktober 2022, gerade als der saisonale Ansturm zunahm, wagte das Unternehmen den Schritt mit einer brandneuen Roboter-Primärverpackungsanlage. Und wie üblich wurde auch die nachgelagerte Sekundär- und Endverpackungsautomatisierung modernisiert, um mit der Kaskade neuer Automatisierung Schritt zu halten.

Packaging World scheut sich nicht davor zurück, Süßwarenhersteller zu besuchen und hat kürzlich die makellose, 17.000 m² große Produktionsanlage und das Vertriebszentrum von Sweet Candy besucht, um sich die neue vollautomatische Verpackungslinie für Schokoladenstäbchen mit einer Leistung von einem Karton pro Sekunde anzusehen. Im Mittelpunkt steht eine Roboter-Primärkartonverpackungsanlage von Schubert mit fortschrittlicher, platzsparender Gegenstromtechnologie. Hier ist, was wir über das einzigartige Projekt erfahren haben.

Bei der Installation im Jahr 1999 waren die Altgeräte, die das neue System ersetzt, auf dem neuesten Stand der Technik; Es handelte sich um ein frühes Beispiel der Pick-and-Place-Technologie, die inzwischen bei der Verpackung arrangierter Süßigkeiten-Multipacks allgegenwärtig ist. Der Besitzer der zweiten Generation, Tony Sweet, war seiner Zeit vielleicht voraus, als er nach einer weltweiten Gerätesuche Ende der 1990er Jahre die Geräte von Haytech GmbH & Co. KG aus Hannover, Deutschland, bezog. Doch laut Geoff Dziuda, dem derzeitigen Betriebsleiter der Sweet Candy Company, erreichte die pneumatische Einkopf-Bestückungsanlage eines inzwischen aufgelösten deutschen OEMs 20 Jahre später das Ende ihrer Nutzungsdauer.

„Die vorherige Ausrüstung hat uns von dem Zeitpunkt an, als die Familie Sweet sich für den Einzug in dieses Gebäude entschieden hat, bis zum heutigen Tag hervorragende Arbeit geleistet“, sagt er. „Aber wir wollten in der Lage sein, die Kapazität zu erhöhen, um mit der Nachfrage nach Schokoladenstangen Schritt zu halten, die wir sahen, und wir wollten in der Lage sein, eine weitere Schicht hinzuzufügen. Wir konnten erkennen, dass die vorhandene Ausrüstung einfach nicht die richtige Maschine für das zukünftige Wachstum war, das wir uns vorstellten.“

Das liegt zum Teil daran, dass die Kartonverpackungsausrüstung nie dafür ausgelegt war, eins zu eins mit der vorgelagerten Verarbeitungsausrüstung zu koppeln. Von Anfang an war es bewusst etwas langsamer, da es bestenfalls 80 bis 85 % des vorgelagerten Produktflusses bewältigen sollte. Die manuelle Kommissionierung hatte die Maschine vom ersten Tag an verbessert, und ein kleiner Prozentsatz des Ausschusses fiel einfach vom Ende des Zufuhrbandes. Doch in den letzten Jahren ist dieser Anteil von 80 bis 85 % auf 50 bis 60 % gesunken. Das bedeutete, dass bis vor kurzem fast die Hälfte der Produkthandhabungs- und Kartonierungsvorgänge manuell durchgeführt wurden und von Bedienern durchgeführt wurden, die neben den sich verschlechternden Geräten arbeiteten. Da Haytech seinen Betrieb aufgegeben hatte, Ersatzteile schwer zu bekommen waren und die Mechaniker, die 1999 an den Geräten geschult worden waren, längst in den Ruhestand gegangen waren oder umgezogen waren, war die Situation unhaltbar geworden.

„Besonders im aktuellen Arbeitsklima standen wir vor der Frage: Wie steigern wir unseren Durchsatz auf dieser Linie?“, sagt Dziuda. „Weil wir über dieses alte Gerät verfügten, das mit der Unterstützung von sechs Bedienern etwa 50 % unserer Kapazität bewältigen konnte. Es wies viele Mängel auf und weder seine Genauigkeit noch seine Effizienz entsprachen modernen Standards.“

Erschwerend kam hinzu, dass nachgelagerte Kartonverpackungs- und Palettierungsvorgänge immer vollständig manuell erfolgten. Um also mehr Kapazität und Durchsatz aus der Linie herauszuholen, wäre es ohne neue Ausrüstung eine Aufgabe, so viel von der ohnehin knappen Arbeitskraft hinzuzufügen, wie Sweet Candy auf dem kleineren Markt in Salt Lake City finden könnte. Das könnten bis zu 15 bis 20 weitere Personen sein, und wenn man „die Variabilität, die mit manueller Arbeit einhergeht, ihre Ineffizienz und einfach das zusätzliche Management für diesen Arbeitsaufwand“ bedenkt, war laut Dziuda die Automatisierung die offensichtliche Wahl. Also unternahmen er und Rick Kay, Präsident und CEO von Sweet in der vierten Generation, eine weitere weltweite Suche, die sie dieses Mal auf Roboterverpackungsanlagen von Schubert stieß, deren Geschwindigkeit und Genauigkeit eine vollautomatische Linie nachgelagert bis hin zur Palettierung ermöglichen würden.

Während ein Großteil der Ausrüstung der Schokoladenstangen-Verpackungslinie neu ist, würde der primäre Verpackungsteil – das Einlegen von zwei Lagen Schokoladenstangen in flache Pappkartons – den Ton für alles nachgelagerte Material angeben. Roboter im Delta-Stil für die Kommissionierung und Platzierung waren die bevorzugte Technologie unter den Finalisten, die Sweet's mit dieser Ausrüstung beliefern wollten. Dziuda kannte die Schubert-Ausrüstung jedoch aus einer früheren Funktion und nahm das Unternehmen daher in die engere Wahl. Obwohl es auch Optionen im Delta-Stil bietet, schlug Schubert seine F4-Mehrachsen-Pick-and-Place-Roboter im SCARA-Stil als besser für das Projekt vor. Der deutsche OEM mit US-Hauptsitz in Charlotte, North Carolina, gewann den Auftrag schließlich aus mehreren Gründen.

Ein Hauptaspekt war ein vergleichsweise geringer Platzbedarf, „weil wir im Binnenland liegen“, sagt Kay. „Es ist eine ziemlich große Maschine, aber sie passt.“

Die Stellfläche der Maschine kann begrenzt werden, da die Gegenstromtechnologie von Schubert (das Patent ist kürzlich abgelaufen) im Vergleich zu einem standardmäßigen, monodirektionalen Downstream-Band mehr Vorgänge auf kleinerem Raum ermöglicht. Beim Gegenstromkonzept laufen einzelne Produkte parallel, aber in entgegengesetzter Richtung aneinander vorbei, ähnlich wie mehrere mehrspurige Autobahnen innerhalb einer Zelle, die aus so vielen Einzelmodulen besteht, wie für die Arbeit benötigt werden. Die F4-Roboter nehmen das Produkt auf und platzieren es zwischen fünf parallelen, aber gegenläufigen Bändern, sodass weder das Produkt noch die Bänder sich selbstständig um 180 Grad drehen müssen, um weiter stromabwärts zu gelangen. Konzeptionell bedeutet Downstream bei Gegenstrom nicht gleichbedeutend mit Downstream in einer Richtung. Stattdessen bewegt sich das nachgelagerte Produkt gegen den Strom der vorgelagerten Vorgänge, aber dennoch stromabwärts. Ein weiterer Gesichtspunkt war die schonende Handhabung, da das umhüllte Schokoladenprodukt zerbrechlich ist und zu starken Stößen nicht standhalten kann. Das Zufuhrband (A) transportiert das Produkt in einem Muster von 34 x 4 ct. Parallel, aber gegenläufig zur Zufuhr verlaufen Bänder mit Produktschichten von 16 oder 17 Sticks (B), die von SCARA-Robotern weiter stromabwärts aufgenommen und zusammengestellt wurden. Parallel, aber gegenläufig zu den Lagenbändern verlaufen die Kartondeckel- und Bodenzuführbänder (C). Die beiden SCARA-Roboter in diesem Bild (D) nehmen ganze Produktschichten auf und legen sie in den Kartonboden. Anschließend wird Wachspapier aufgetragen und eine zweite Produktschicht hinzugefügt, um einen fertigen 32- oder 34-ct-Karton zu erhalten.

„Das war ein großes Gesprächsthema für uns“, sagt Dziuda. „Wir wussten nicht, wie die Stöcke aussehen würden, wenn sie von einem Roboter bei diesen Mengen und Geschwindigkeiten gehandhabt würden. Wir wussten nicht, wie sie im Karton aussehen würden. Würden die Stöcke gedreht werden oder würden sie gerade sein? Oder könnten sie von einem Vakuumsauger abgenutzt sein?“

Wie sich herausstellte, konnte die gesamte direkte Produkthandhabung durch einen speziell entwickelten, 3D-gedruckten Vakuum-Endeffektor durchgeführt werden; Für die Handhabung der umhüllten Schokoladenstangen sind keine mechanischen Greifer erforderlich. Das Ergebnis ist eine schonende Handhabung, die nicht von Handarbeit oder dem einzelnen pneumatischen Greifer der Altgeräte zu unterscheiden ist.

„Das Wichtigste für uns war vielleicht [Schuberts] Fähigkeit, die Herausforderungen der Lieferkette zu meistern. Das war ungefähr in der Mitte bis zum Ende der Pandemie, und es war eine Zeit, in der wir von niemandem rechtzeitig etwas bekommen konnten; „Alles hat sich verzögert“, sagt Kay.

Erschwerend kam hinzu, dass die Installation im Oktober 2022 erfolgen sollte, also gerade zu Beginn des saisonalen Feiertagsansturms. Die gesamte Installation, von der Lieferung über SAT bis zur Produktion, musste schnell erfolgen.

„Wir mussten eine Armee von Leuten zusammenbringen [um vor der Installation Inventar aufzubauen]. Und es war schmerzhaft“, sagt Kay und kann jetzt darüber lachen. „Aber es war nicht so, dass wir bis Januar warten würden. Also haben wir so viel vorgebaut, wie wir rechtmäßig konnten, haben uns bemüht und gearbeitet. Und wir haben für die Luftfracht bezahlt, um die Lieferung der neuen Ausrüstung zu beschleunigen. Das haben wir aus einem anderen Projekt gelernt, das mit einem Einleger durchgeführt wurde. Die Hälfte davon blieb monatelang im Panamakanal stecken, und dann verlangsamten die Hafenstreiks die Dinge. Was vor der Pandemie normalerweise drei Wochen für den Versand hätte dauern sollen, dauerte fünf Monate.“

Diese saisonbedingte Zeiteinteilung setzte den OEM unter Druck, seinen Termin einzuhalten, und die vom Kunden bezahlten Kosten für die Luftfracht hingen davon ab, dass der Bauunternehmer das enge Zeitfenster einhielt. Aber Schubert baut viele seiner Komponenten – zum Beispiel Roboter – selbst. Darüber hinaus bezieht das Unternehmen viele Komponenten aus der Region direkt um den Schubert-Hauptsitz in Deutschland und schützt so vor vielen weiteren globalen Lieferkettenproblemen.

„Wir sind stolz auf unsere Fertigungstiefe“, sagt Armin Klotz, Sales Account Manager bei Schubert North America. „Das bedeutet, dass 80 % dessen, was Sie [in dieser Installation] sehen, von Schubert gebaut wurde. Wir haben zum Beispiel das Bildverarbeitungssystem und die Roboter gebaut, und das schon seit 30 Jahren. Wir mussten noch nie eine Maschine verzögern, weil wir weder einen Chip noch eine SPS hatten.“

Kay fügt hinzu: „Schubert sagte, dass es 38 Wochen dauern würde, und in genau 38 Wochen wurden die Maschinen pünktlich geliefert und früher als geplant installiert. Sie sind flink; Schließlich handelt es sich um ein Produkt, das sie noch nie zuvor gesehen haben. Da ihre Maschinen jedoch modular aufgebaut sind und über eine Reihe von Robotern verfügen, die bestimmte Aufgaben erledigen können, konnten sie ihre Standardmodule schnell an die von uns benötigten Funktionen anpassen. Es war so abgestimmt, dass wir von der Ankunft per Luftfracht bis zur Produktion in nur zweieinhalb Wochen kamen. Das hat unsere Aufmerksamkeit erregt.“

„Sie verfügen über ein Menü bestehender, modularer Optionen, die Sie dann anpassen können“, fügt Dziuda hinzu. „Als wir anfingen, standen wir vor einigen Herausforderungen. Wie sollten wir zum Beispiel das Wachspapier in der Mitte der beiden Schichten Schokoladenstangen anbringen? Nun, sie haben einfach eine Maschine dafür gebaut. Dann mussten wir mit ihnen den Sortierungsschritt [vom lose angeordneten Produkt zu Schichten basierend auf dem Gewicht, nicht der Anzahl] entwickeln. Aber ihre Technologien und ihre Erfahrung passten für uns gut zu diesem Projekt, und das wurde uns schon früh klar. Es war offensichtlich, dass sie die Fähigkeit, den Scharfsinn und die Erfahrung hatten, etwas zu entwerfen, das für uns funktionieren würde.“

Einzelne Chargen der pektinhaltigen Schokoladenstangen weisen aufgrund ihrer Herstellung erhebliche Unterschiede auf. Denn sie durchlaufen eine lange, variable Aushärtungs- und Aushärtephase. Diese Phase findet zwischen dem Ablegen flüssiger Pektinschalen in bedruckten Formschalen und dem Entfernen des ausgehärteten Pektinprodukts von den Schalen statt, um es zur Schokoladenüberzugsmaschine zu transportieren. Die Bonbonzentren auf Fruchtpektinbasis beginnen mit einer heißen, flüssigen Bonbonaufschlämmung, die über rostfreie Rohre aus Küchenkesseln im Obergeschoss gepumpt wird, um in Formschalen von 34 x 4 ct abgelegt zu werden. Nach dem Ablegen laufen die Schalen mit Pektinkernen durch eine NID-Mogul-Süßigkeitslinie zur Stärkeablagerung, die die Füllungen in Maisstärke aushärtet. Diese Schalen bewegen sich langsam über einen Zeitraum von normalerweise acht bis zwölf Stunden durch eine Reihe miteinander verbundener Schienen, wobei sie fest werden und die heiße Flüssigkeit zu einer gummiartigen Bonbonkonsistenz abkühlen. Nach ausreichender Abkühlung im Mogul und wenn die Kerne die richtige Viskosität und Konsistenz erreicht haben, werden die mit Stärke gefüllten Kerne aus ihren Formschalen „herausgedrückt“, indem diese Schalen über ein Band umgedreht werden, wodurch die Gelee-Kerne für den Weitertransport freigegeben werden. Das Ergebnis sind nackte, lose angeordnete Produktzentren in wiederholten rechteckigen Konfigurationen von 34 x 4, die von der Buckelwalzstraße zum Überziehen transportiert werden. In einem zusätzlichen Modul wird Wachspapier aus Rollenmaterial geschnitten und von einem SCARA-Roboter mit Vakuumgreifern zwischen Produktschichten platziert .

„Wir lieben Pektin, aber wenn es acht Stunden statt 14 Stunden in Stärke enthalten ist, verändert der Feuchtigkeitsverlust die Dichte und das Gewicht des Kerns. Da haben Sie also eine Variable“, sagt Kay. „Und dann ist diese Maschine 25 Jahre alt und Stärkeauftragsmogule sind wählerisch. Und schließlich gibt es Schwankungen bei der Überziehmaschine, die [zum Zeitpunkt von PWs Besuch] kurz vor dem Austausch stand. Früher war unser Schokoladenüberzug eine Herausforderung, daher konnte es zu gewissen Schwankungen kommen.“

Letztendlich könnte das fertige Stockgewicht überall liegen. Dennoch verkaufte Sweet's es nach Gewicht in 10,5 Unzen. Kartons.

„Als wir also von Hand verpackten und den Karton gerade füllten, enthielt eine 10,5-Unzen-Schachtel routinemäßig 13 Unzen Süßigkeiten – das ist eine Menge Werbegeschenk“, sagt Kay.

Mit der neuen, flexiblen Primärverpackungslinie wiegen die Bediener einfach die ersten paar Kartons, die von der Linie kommen. Je nachdem, wie nah sie an der Zielmarke von 10,5 oz sind, ohne darunter zu fallen, können sie einfach zwischen 16- und 17-ct-Lagen oder 32- oder 34-Stick-Kartons hin und her wechseln, um das richtige Gewicht und die richtige Anzahl einzugeben Kombination, mit dem geringsten Streuverlust bei oder über 10,5 Unzen.

„Wenn die Kontrollwaage den Bedienern mitteilt, dass die Kartons zu schwer sind und sie zu viele Produkte verschenken, können sie über die Bedienoberfläche einen Knopf drücken und im Handumdrehen eine Schokoladenstange entfernen“, sagt Armin Klotz, Sales Account Manager bei Schubert North America. „Normalerweise müsste man ein neues Programm laden, aber der Softwarealgorithmus macht dies im Handumdrehen, in Echtzeit, mit nur einem Knopfdruck möglich.“

Umhüllte Schokoladenstangen laufen auf einem Band etwa 14 Minuten lang durch einen 180 Fuß langen Kühltunnel bei 50 °F auf ihrem Weg zum Schubert-System für die Primärverpackung. Zu diesem Zeitpunkt sind sie lose in den oben genannten rechteckigen Gruppierungen von 34 x 4 Stäben angeordnet, wobei jede Gruppierung einige Zentimeter voneinander entfernt ist. Diese Einzelbandkonfiguration dient als Zufuhr, und obwohl das Produkt nicht zufällig ausgerichtet ist, ist es auch nicht perfekt angeordnet. In einem zusätzlichen Modul wird Wachspapier aus Rollenmaterial geschnitten und von einem SCARA-Roboter mit Vakuumgreifern zwischen Produktschichten platziert.

Das Produkt durchläuft den größten Teil des Weges durch das System, wobei es kontraintuitiv durch und neben parallelen nachgelagerten Vorgängen läuft, bevor es vor einem von acht F4-Hochgeschwindigkeits-Kommissionierrobotern ankommt. Diese acht Roboter sind in zwei Modulen zu je vier Robotern angeordnet, wobei jedes Modul eine 2x2-Konfiguration von Robotern enthält, die Produkte vom Zufuhrband aufnehmen. Ein vakuumbasiertes End-of-Arm-Werkzeug an jedem Roboter nimmt jeweils drei Stäbchen auf und richtet sie auf einem von zwei gegenläufigen Sortierbändern aus, die sich unmittelbar rechts und links vom breiten Zufuhrband bewegen. Der Pick-and-Place-Musteraufbau oder die Zusammenstellung der Schichten wird von den acht Robotern fortgesetzt, bis die gewünschten 16- oder 17-Karat-Schichten erreicht sind. Die 2D- und 3D-Vision-Systeme suchen in erster Linie nach der Position, Ausrichtung und Höhe der Stöcke, um sie zur präzisen Kommissionierung an Roboter zu senden. Aber Vision sucht auch nach Farbmängeln oder Stickabmessungen, die nicht den Spezifikationen entsprechen. Das System sorgt dafür, dass diese aussortierten Stäbchen beim Erkennen als Abfall vom Bandende fallen.

Die Roboter arbeiten von außen nach innen, wobei die ersten Roboter die Stäbchen an den Rändern der Zufuhr aufpicken und die späteren Roboter auf die verbleibenden Stäbchen in der Mitte hinarbeiten. Durch diese Aktion wird das Produkt in ein „V“- oder Dreiecksmuster geschleust, während es auf der Zufuhr stromabwärts zum Ende des Bandes läuft. In der Nähe der Basis des „V“ bewegen sich die ersten Robotergruppen am schnellsten und führen die meisten Bewegungen aus, legen aber auch die kürzeste Distanz zurück, da sie an den Rändern pflücken.

„Dieses Dreiecks- oder „V“-Muster bedeutet, dass, wenn volle 16- oder 17-Karat-Schichten kurz vor dem Aufbau stehen – vielleicht bereits 14 oder 15 Stäbchen in der Schicht sind und nur ein oder zwei Stäbchen benötigt werden, um sie fertigzustellen –, dann gibt es jede Menge davon.“ Produkt, das an der Basis des Dreiecks verfügbar ist. Der Aufbau der Schichten beginnt in dem Abschnitt des Zufuhrbandes, in dem das Produkt am knappsten ist und der am weitesten stromabwärts liegt, an der Spitze des Dreiecks oder „V“, sagt Klotz. „Den Schichtenaufbau- und Sortierungsfunktionen wird es nie an Produkt mangeln, da die Schichten genau dort am nächsten sind, wo das meiste Produkt verfügbar ist. An der Basis des Dreiecks befindet sich nicht nur mehr Produkt, sondern auch näher an den Rändern. Das Produkt befindet sich also am nächsten an den wartenden Schichten auf dem Sortierband, genau dann, wenn diese Schichten am meisten ein oder zwei letzte Stöcke benötigen, um die Schicht fertigzustellen, sodass die Roboter den kürzesten Weg zurücklegen müssen, um eine Schicht fertigzustellen.“

Auf der anderen Seite der Medaille haben die Roboter ganz am Ende der Zufuhr die Aufgabe, im Wesentlichen die verbleibenden spezifikationsgerechten Stäbchen von der Spitze des Dreiecks zu entfernen, bevor sie herunterfallen und von Hand in Kartons verpackt werden oder, schlimmer noch, werden Schrott. Zu diesem Zeitpunkt sind die Schichten auf dem Sortierband am wenigsten voll, sodass mehr Platz zum Platzieren vorhanden ist. Wenn die Schichten bereits voll waren, müssen Roboter möglicherweise das Herunterfallen des Produkts zulassen, da volle Schichten bedeuten, dass es keinen Platz zum Platzieren der Stäbchen gibt. Ganze Schichten von 16- oder 17-ct-Produkten werden von SCARA-Robotern mit Vakuumgreifern in Kartons verpackt. Die gefüllten Kartons werden nach Gewicht verkauft, nicht nach Stückzahl, und das Produktgewicht kann je nach Charge unterschiedlich sein. Das System ermöglicht also einen spontanen Wechsel von 16 auf 17 Karat, um dem Zielgewicht von 10,5 Unzen so nahe wie möglich zu kommen, ohne darunter zu fallen, wodurch die Verschwendung teurer Schokolade begrenzt wird.

„Mit Counterflow haben Sie die Garantie, dass Sie immer vollständige Lagen auf dem Sammelband haben, wenn diese in den Karton geladen werden können“, sagt Klotz über dieses ehemals proprietäre System.

Diese Lagen Schokoladenstangen werden auf dem Sammelband aufgebaut, während sie parallel, aber gegen den Strom des zentralen Produktzuführbandes laufen. Nachdem die korrekte Anzahl erreicht wurde, wird die gesamte Schicht von einem der vier F4-Schichtaufnahmeroboter mit größeren, rechteckigen Vakuum-End-of-Arm-Werkzeugen aufgenommen. Die Roboter legen jede Lage in einen aufgerichteten Kartonboden, der auf einem Kartonierband transportiert wird. Sobald jede Schicht platziert ist, bewegt sie sich in der gleichen Richtung wie die Produktzuführung, gegen den Strom des Sortierbands und zum Ende der Maschine. Mit weitaus mehr Präzision im System als bei den meist manuellen Vorgängen von Sweet Candy fordert von seinem Papierkartonverarbeiter steifere Deckel, um die Effizienz seiner Kartondeckelarbeiten zu maximieren.

Zwischen jeder Schicht fügt ein weiteres Roboterpaar, einer auf jeder Seite des Systems, ein Blatt Wachspapier – das auf einem speziellen Modul aus Rollenmaterial geschnitten wird – auf die Oberseite der ersten Schicht Schokoladenstangen. Anschließend fügt ein weiteres Roboterpaar mit den gleichen Vollschicht-Vakuum-Endeffektoren eine zweite Schicht Schokoladenstangen hinzu und stellt so den 32- bis 34-teiligen Karton fertig. Ein weiteres Roboterpaar, einer auf jeder Seite, setzt schließlich den Kartondeckel auf den Kartonboden der zweilagigen Kartons und verlässt das Schubert-System.

Insgesamt ergeben sich so innerhalb der Anlage sieben parallele Bänder, die nach dem Schubertschen Gegenstromprinzip arbeiten. In der Mitte befindet sich ein breites, zentrales Einlaufband. Direkt rechts und links vom Einlauf befinden sich zwei Produktsammelbänder, die gegen den Einlaufstrom zurücklaufen, um Schichten von Schokoladenstangen zu bilden. Und schließlich laufen vier Kartonzuführbänder – zwei auf jeder Seite, eines für die Böden, das andere für die Deckel – parallel zur Produktzuführung außerhalb des Sammelbands in das System ein. Das Kartondeckel-Zuführband stoppt, sobald Deckel auf den Boden aufgebracht werden. Der Abfluss des Systems erfolgt über drei Bänder – ein Teil des Ausschusses, der nie entnommen wurde, wird am Ende des Zuführbands zur Entsorgung ausgegeben, und die beiden Kartonbänder rechts und links des Zuführbands stromabwärts.

Das System umfasst außerdem insgesamt 16 Schubert F4-Roboter, die in Modulen gruppiert sind, um Produkte aufzunehmen und zu sortieren, Produktschichten aufzunehmen und zu kartonieren, das Wachspapier hinzuzufügen und die Deckel auf die Kartons zu setzen.

In der Zwischenzeit muss eine Art Automatisierung dafür sorgen, dass dieses komplizierte System weiterhin mit aufgerichteten Kartons versorgt wird. Für den Kartonladenbetrieb verwendet Sweet's zwei parallele Altgeräte aus der ursprünglichen Verpackungslinie – Kartonaufrichter im Form-Tauch-Stil von ADCO. Eine Maschine richtet die Kartonböden auf, die andere richtet die Kartonoberseiten auf. Die Bediener laden Magazine mit 2D-Kartons, die vom lokalen Lieferanten Utah Paper Box bedruckt wurden, zum Aufrichten, um mit den Primärverpackungsvorgängen Schritt zu halten. Kartons benötigen keinen Klebstoff und werden stattdessen durch mechanische Laschen in Form gehalten. Deckel und Böden werden auf zwei gepaarte Deckel- und Bodenförderer verteilt, ein Paar für die rechte Seite der Systemzuführung, das andere für die linke Seite. Für den Kartonladen verwendet Sweet's zwei parallele Teile der alten Ausrüstung aus der Originalverpackungslinie — Kartonaufrichter im Form-Tauch-Stil. Eine Maschine richtet die Kartonböden auf, die andere richtet die Kartonoberseiten auf.

„Die Kartonaufrichter für Deckel und Boden sind vergleichsweise einfache Geräte, aber wir wollten sie weiterhin verwenden, weil wir mit ihnen vertraut waren, und sie funktionieren immer noch einwandfrei. Die Geschwindigkeiten reichen aus, um mithalten zu können, und unsere Bediener wissen alle, wie man damit umgeht. Schubert war bereit, mit uns bei der Integration dieser älteren, aber zuverlässigen Geräte zusammenzuarbeiten“, sagt Dziuda.

Am Ausgang des Primärverpackungssystems befinden sich zwei Bahnen mit fertigen Kartons, die einen 90-Grad-Winkel nach rechts bilden und sich dann hinter einem Drehkreuztor, das die Kartons in einer Reihe auf die Fördertechnik von BW Integrated Systems verteilt, leicht ansammeln. Die jetzt nur noch eine Spur von Kartons dreht sich erneut um 90 Grad nach rechts und durchläuft dann eine Sentinel-Kontrollwaage und einen Metalldetektor von Thermo Scientific.

Die Lasercodierung erfolgt auf einem Markem Imaje C150, der laut Dziuda saubere, wischfreie Datums- und Chargencodes liefert, ohne dass Tinte oder andere Verbrauchsmaterialien verwendet werden müssen. Kontrollwägung und Metallerkennung sind die ersten Vorgänge nach dem Kartonieren (siehe Abbildung). Für jeden Produktdurchlauf werden die Gewichte der ersten Handvoll Kartons überprüft, die die Linie verlassen, und das System kalibriert sich für 16- oder 17-ct-Lagen, um das gewünschte Kartongewicht von 10,5 Unzen zu erreichen.

Kartons werden in einem Schrumpffolienapplikator und Schrumpftunnel von Extreme (nVenia) in Polyfolie von Sealed Air eingeschweißt. Dziuda weist darauf hin, dass die Temperaturen im Wärmetunnel keinen negativen Einfluss auf den kürzlich abgekühlten, überzogenen Schokoladeninhalt der Schachtel haben. Als nächstes kommt ein Inline-Etikettenapplikator von Diagraph. Gelegentlich werden den eingeschweißten Kartons für spezielle Produktserien druckempfindliche Etiketten im Aufkleberstil hinzugefügt, doch das veraltete Gerät unbekannter Herkunft wird nur selten verwendet. Im Allgemeinen durchlaufen Kartons diese Anlage ungenutzt.

Anschließend vollführen die Kartons eine abrupte 90-Grad-Drehung nach rechts und behalten dabei ihre Ausrichtung bei, so dass die breitere Kante der Kartons für diesen kurzen Zeitraum vorne liegt. Dies ist die bevorzugte Ausrichtung für Kartonverpackungsvorgänge. Kartons werden gesammelt und in 4x3, 12-ct-Konfigurationen gestapelt, wenn sie von BW Integrated Systems in einen Rundum-Wellpappenpacker gelangen. Das einzige aktuelle Format besteht aus 12-ct-Wellpappekartons, aber 30-ct-Kartons könnten für das Unternehmen in Sicht sein. Mit Geräten von Nordson wird innerhalb des Kartonpackers Klebstoff auf die Kartons aufgetragen, die Kartons werden verschlossen und zur Palettierung zum Ende der zusammenhängenden Linie transportiert. Die Kartons werden um 90 Grad gedreht und sind so ausgerichtet, dass sie mit der breiten Seite zuerst transportiert werden in Kartonverpackungsvorgänge. Sobald ein 3x4-Stapelformat gesammelt ist, wird der Kartonblock im Wrap-Around-Kartonpacker in Position geschoben. Vor der Palettierung wird dann Klebstoff aufgetragen.

Die Kartonkodierung erfolgt auf einem Markem Imaje 5940G Zweikopfkodierer und die Palettierung erfolgt über einen Fanuc-Roboterarm auf Geräten von BW Integrated Systems. Die Kartons auf der Palette weichen etwa einen halben Zoll vom perfekten Quadrat ab, sodass sie ziemlich instabil wären, wenn sie in einer einheitlichen Ausrichtung als Säulen gestapelt würden. Das Unternehmen verwendet einen ineinandergreifenden Säulenstapel zur Stabilisierung der Paletten mit einem kleinen Versatz und einem offenen Kamin in der Mitte, um den Versatz auszugleichen.

Um die neue Verpackungslinie zu vervollständigen, werden die Paletten mit einem Gabelstapler über eine kurze Strecke zu einem eigenständigen Drehtisch-Stretchwickler von Lantech transportiert. Die Palettengeschwindigkeit ist langsam genug, sodass kein Online-Palettenwickler erforderlich ist – ganz zu schweigen davon, dass auch andere Abteilungen den Lantech nutzen. Aufgrund der Anordnung der Förderbänder konnte Sweet's keinen herkömmlichen Hebelift mit Auslegern verwenden, sondern entschied sich stattdessen für einen Gegengewichtslift mit schwerer und hoher Tragfähigkeit.

Kay und Dziuda wussten zu Beginn dieses Projekts, dass die Schulung ihrer Arbeitskräfte in der modernen neuen Ausrüstung für den Erfolg von entscheidender Bedeutung sein würde. Dziuda hatte schon früher mit Schubert zusammengearbeitet und wusste, wie gründlich der OEM die Schulungen durchführt – das ist einer der Gründe, warum er sich für Schubert entschieden hat. Aber das Schubert-Schulungsprogramm war für Kay neu. Kartons werden um 90 Grad gedreht und sind so ausgerichtet, dass sie mit der breiten Seite zuerst in die Kartonverpackungsvorgänge gelangen. Sobald ein 3x4-Stapelformat gesammelt ist, wird der Kartonblock im Wrap-Around-Kartonpacker in Position geschoben. Vor der Palettierung wird dann Klebstoff aufgetragen.

„Ihre Schulungsdisziplinen waren etwas, das ich noch nie von einem Anbieter erlebt hatte“, sagt Kay. „Abgesehen von der Ausrüstung selbst hat die Schulung sicherlich dazu beigetragen, sie von anderen abzuheben. Allein die Idee, dass wir die Unterstützung bekommen, die wir brauchen, war wichtig, da wir uns mitten im Nirgendwo befinden. Ihr Engagement für unser Wartungsteam, unsere Bediener und unser Management war bemerkenswert. Für mich ist das ein Unterscheidungsmerkmal bei zukünftigen Projekten; Sie stehen ganz oben auf der Rangliste, mit wem wir sprechen möchten. Wenn Sie im Lebensmittelgeschäft im Inland tätig sein und wettbewerbsfähig sein wollen, insbesondere im Süßwarengeschäft, benötigen Sie Durchsatz. Du musst schlank und gemein sein. Ausfallzeiten bringen dich um.“

Zum Zeitpunkt des Besuchs von PW hatten zwei Wartungstechniker von Sweet's Candy Co. bereits Schuberts Klassenzimmer in South Carolina besucht, und drei weitere Techniker standen für einen Besuch an.

Durch die höhere Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Verpackungsvorgänge konnte Sweet Candy die Geschwindigkeit der vorgeschalteten Mogulmaschine um 15 % steigern. Die gesamte Linie läuft jetzt mit 60 Kartons/Minute bei Reisegeschwindigkeit, 24 Stunden am Tag, fünf Tage die Woche.

„Als wir auf unseren älteren Geräten mit Produkten zu kämpfen hatten, die auf uns zukamen, als kämen sie aus einem Feuerwehrschlauch, hätten wir uns nicht vorstellen können, die Geschwindigkeit zu erhöhen“, sagt Kay. „Wir sehnten uns so sehr nach der Gelegenheit, die Dinge zu verfeinern und uns von der handgemachten, auf Rezeptkarten basierenden Kultur zu verabschieden und stattdessen die Vorteile einer automatisierten, hochentwickelten Lösung zu nutzen. Wir werden in der Lage sein, uns einzuwählen, unsere Vorgaben zu erfüllen und keine Schokolade mehr zu verschenken. Auch wenn uns das dazu zwingt, das Süßigkeitenzentrum zu vergrößern, ist das in Ordnung. Das Zentrum ist viel billiger als die Schokolade.“ Ineinandergreifende Paletten werden in einem Knickarm-Palettierer gebaut und dann mit einem Gabelstapler zu einem angrenzenden Paletten-Stretchwickler im Drehteller-Stil transportiert. Stretchfolie ist

Die Kartons selbst erhalten eine kleine Aufwertung, die früher, als das Verpacken per Hand noch üblicher war, nicht nötig gewesen wäre. Die Deckel, die seit Jahrzehnten im Wesentlichen das gleiche Design aufweisen, haben eine gewisse natürliche Verbeugung. Obwohl für den Menschen nicht wahrnehmbar, könnten Roboter von einem flacheren Aufnahmeraum profitieren. Sweet Candy arbeitet mit seinem Lieferanten Utah Paper Box an einem knackigeren, gleichmäßigeren Deckel, um einige der Neigungstoleranzen auszugleichen.

„Die Notwendigkeit, den Karton zu verbessern, verdeutlicht wirklich, wo wir uns gerade befinden. Mit dieser Installation wurde alles viel präziser“, sagt Dziuda. Seit dem Besuch von PW hat das Unternehmen einen neuen Aasted Master 1300 Enrober „stromaufwärts installiert, damit wir eine bessere Konsistenz haben und im Durchschnitt etwas präziser in der Schokolade sind, mit weniger Rückständen und einfach mehr produzieren.“ konsistentes Produkt, das wir den Verpackungsmaschinen zuführen. Wir haben auf der Schrottseite auf jeden Fall einen großen Schritt nach vorne gemacht, und wie Rick schon sagte, können wir uns dadurch viel präziser einwählen als bisher.“

Nachdem die jüngste Upstream-Überzieh-Integration abgeschlossen ist, erwägt Sweet Candy eine Diversifizierung hinsichtlich Größen und Anzahlen. Später würden sie über einen einlagigen Karton oder einen kürzeren Abschnitt nachdenken, um andere Preispunkte zu erreichen.

„Vielleicht können wir den Betrieb des Boxshops verbessern, sodass wir verschiedene Dinge anbieten können, Feiertagsgrößen, Bonusboxen, was auch immer der Fall sein mag“, sagt Kay. „Der Einheitsansatz ist begrenzt, aber mit dieser neuen Installation sind die Grundlagen vorhanden, um über die Einzelkartongröße hinauszugehen.“ PW