弾薬の自動化は今日のニーズを将来に向けて超える

Underwood Ammo は、包装機器の導入においていくつかのステップを省略し、段階的に段階的に完全自動化に移行することを避けることを選択しました。 その代わりに、箱詰め、ケース梱包、パレタイジングのための高度なモノブロック システムを徹底的に導入しました。

ケビン・アンダーウッド氏は、手頃な価格でより優れた弾薬が市場の隙間を埋めることができると認識した後、2013 年に初めて自身の会社であるアンダーウッド・アモ社に屋根板を取り付けました。 それ以来、このブランドはその製品の品質を最高級の評判に変え、現在では世界有数の射撃手や狩猟者、さらには法執行機関や軍隊もこの弾薬を信頼しています。 そして、彼らはそのことを友人や同僚に喜んで伝えます。

しかし、業界を問わず、より少ない初期生産量で超高級製品を製造している多くの新興ブランドと同様に、Underwood Ammo も最初から高度に自動化された消灯型の施設ではありませんでした。 それは特にパッケージ部分に当てはまりました。 つい1年前までは、イリノイ州スパルタにあるこの弾薬会社の本社では、箱詰め、ラベル貼り、ケース詰めなどのほとんどの梱包作業が完全に手作業で行われていた。 弾薬トレイ装填機 (ATLM) を介して射出成形プラスチック トレイに弾薬を入れるための自動化が一部導入されており、オペレーターは段ボールの荷送人を閉じるために自動ケース テーパーを使用していましたが、それだけでした。 一方、ブランドの人気の高まりにより、限られた入手可能性と高い人件費を考慮すると、自動化によってのみ満たすことができる需要が生じました。

ケビン アンダーウッド氏は、パッケージングの自動化にどう取り組むかを検討する際、1 年後、さらには 5 年後までは考えていませんでした。 彼は全体像を見据え、規模を拡大する準備をしていました。 そのため、彼は中間または半自動インストールを気にせず、ゼロ自動化から実質的に将来も保証されるシステムに移行することを選択しました。 Underwood Ammo の完全自動カスタム モノブロック箱詰め、ケース梱包、パレタイジング システム。

「いくつかの手順を省略していますが、それは、何かを複数回行う必要がないことを意味します。…それが私の仕事のやり方です」とアンダーウッド氏は冗談を言います。

その姿勢を考えると、アンダーウッド氏が統合包装機械に初めて進出したのが、アーガルド社の完全自動化装置を直接導入し、ディープエンドにまで踏み込んだことは、彼のチームにとって驚くべきことではありませんでした。 設置面積の小さいモノブロック エンクロージャでの二次梱包のカスタム プロジェクトには、カートナー、ケース パッカー、パレタイザーに加えて、コーディングとマーキング、ビジョンなどが含まれます。

モノブロック システムは、箱詰め、ケース詰め、パレタイジングの各作業に個別の機械に関連する無駄なスペースを排除し、それぞれの間での長い受け渡しを回避することで、可能な限り最小の設置面積を維持します。 さらに、3 つではなく 1 つの HMI 入力で切り替えを行うことができます。

「弾丸はATLMによってほとんどの場合自動的にトレイに入れられるため、最大のボトルネックはその下流のパッケージングにありました」とアンダーウッド氏は言う。 「私たちは自動化を目指して努力してきました。だから、ただ下に向かって進んでいくだけです。Aagard はパズルの最後のピースでしたが、これほど自動化と洗練を図ることで、私たちは明らかに大きく前進しました。」

ATLM から出てくる弾薬のトレイはローラー カートに置かれ、手動で Aagard 装置に導入されます。 これは将来の自動化の余地があることを示していますが、それについては後で詳しく説明します。 インフィードはツーアップ方式で、トレイに入れられた弾薬が縦方向に並べられた 2 つの平行な一列レーンで箱詰め装置に搬送されます。 上流工程の手動または半自動の状態を考慮すると、コグネックスのビジョンおよびスキャン システムによる検査が即座に行われます。 ツーアップ弾薬トレイ供給構成により、適度で管理しやすいペースで生産を 2 倍にすることができます。

「ケビン（アンダーウッド）がこのプロジェクトの開始時に見事に行った素晴らしいことの 1 つは、容量を大幅に超える目標を達成したことです。そして彼は、これまでのプロセスの一部が、少なくとも将来の状態に到達するまでは、 「半自動です。（弾薬の）カートリッジがトレイからなくなる可能性があります。それがたまたま起こることもあります」とアンダーウッド・アモ社のスーパーバイザー、イーライ・ジェファーズ氏は言う。 「そこで、私たちはインフィードに検査を導入しました。カメラでトレイを目視検査し、（トレイ内のラウンドのミスが）いつ発生するかを特定し、それからシステムを通じて追跡し、それを拒否して、それが正しいことを確認します」 」

アンダーウッド氏が事前に計画を立てているもう 1 つの例として、彼はプロジェクトの早い段階ですでに「プルダウン」をシステムに導入していました。 これは、弾薬トレイ用のツーアップまたはデュアル インフィード、および 2D ブランクから板紙カートンを組み立てるためのツーアップ インフィードを選択したことからも明らかです。 どちらの場合も、速度を遅くして管理しやすい状態に保ちながら、全体の容量を増やすという考え方がありました。 この 2 つのアプローチにより、個々のレーンのレートが効果的に半分になります。 各レーンは 25 サイクル/分を実行しますが、ツーアップ形式の場合、Underwood は 50 カートン/分の生産能力の恩恵を受けます。 トレーに載せられた弾薬はカートンに積み込むために平らに置かれます。

「これは、可能な限りスムーズなモーションを作成するという Aagard の哲学に沿ったものです」と、Aagard のアプリケーション エンジニア マネージャーである Jonas Capistrant 氏は述べています。

また、2 つのインフィード コンベアがあると便利でした。そのようなレイアウトにより、オペレーターが上流の作業からインフィード コンベアに弾薬を載せるときに弾薬のトレイを装填するために使用できるスペースが増加したからです。

「私たちの目標は、現在のボトルネックと、まだ到達していない将来のボトルネックの両方を解決することでした」とアンダーウッド氏は言います。

板紙カートンは、2D 平らなブランクが充填された 2 つの平行マガジンを介してシステムに導入されます。 同社は、完全に粘着性のフラップで閉じるのではなく、タックタブスタイルの再閉可能なカートンを使用しているため、最終消費者は弾薬を個別に装填した後、カートンを簡単に再閉することができます。 カートンは、対向カップ真空グリッパーを介して機械的に組み立てられ、タック タブ フラップが両方とも下を向いた 3D カートンになり、2 つの平行なフライトに積み込まれ、連続して下流に運ばれます。

「業界で非常に一般的なことの 1 つは、タックタブのフラップが互いに向かい合うことです。そしてもともと、彼らがここで計画していた形式は、一方のフラップを上方に押し込み、反対側のフラップを下方に押し込む形式でした」とキャピストラント氏は言います。 「しかし、自動化の目的では、両方のタックタブフラップが下にあり、同じ側にある方が簡単です。そうすれば、弾薬トレイに装填するときや、後でフラップを押し込むときに邪魔にならないからです」 「タブをプラスチックのトレイに押し込むのではなく、カートンに楽に入れられるようにしたいのです。そこで、フラップが互いに向かい合うのではなく、同じ側になるようにカートンに変更を加えました。」

カートン直立構成のもう 1 つのユニークな要素は、縦方向に向けたマガジンからブランクを取り外し、機械式エンドエフェクターを使用してブランクを横方向に回転させ、タックタブのフラップを外側に広げてコンベアフライトに入れるという方法です。 センサーは空のトレイ スロットを認識します。

「販売時でさえ、当初のデザインでは、雑誌の中でカートンを逆に立てて置くという、もっと伝統的なことをする予定でした。しかし、カートンは雑誌ほど簡単に手で雑誌に詰め込むわけではありません。どうですか」とキャピストラント氏は言う。 「そこで、私たちはブランクをロードするのに最適な方法、つまり縦方向にロードする機能を追加しました。次に、ブランクを組み立てるときにブランクを回転させ、ブランクをフライトに配置することで、両方の長所を提供します。」積み込まれたときは最も安定した形状であり、機械を通って下流に運ばれるときも正しい形式になります。」

Graphic Packaging International (GPI) によって供給される板紙カートン自体は、メーカーの (側面) フラップが事前に接着された 24 ポイントの厚さの KD ブランクであり、システムの一次包装部分の唯一の接着剤となります。 ボール紙カートンは片面印刷されており、棚への影響を高めるために追加の UV コーティングが使用されています。

「私たちは、弾薬だけでなくパッケージも高級なものにしたいと考えています」とアンダーウッド氏は、丈夫で滑らかな装飾が施されたカートンについて語ります。 2D カートン ブランクはマガジン内に縦方向に配置され、組み立て中に 90 度旋回してフライトに幅方向に入り、両方のタック タブ フラップが下を向きます。

包装ラインに戻ると、組み立てられたカートンがカートンの積み込みに向けてラインを下っていくにつれて、2 つの下向きのタックタブ フラップがそれぞれ金属フランジの下に沈み込みます。 このプレタッキングステーションは、下流のカートンに弾薬を装填するときにフラップが干渉しないようにします。

一方、製品供給装置上の弾薬のトレイは 90 度回転して横向きになり、プラスチック製のトレイが下流側を向き、弾丸の細い弾丸の端が上流側を向きます。 次に、プッシャーでゆっくりとカートンに積み込まれます。

「繰り返しになりますが、これが、タックタブのフラップが下を向くようにデザイン全体を変更した理由です」とキャピストラント氏は言います。 「私たちはフラップを[金属フランジの下に差し込むことで]保護しており、ファンネルローダーがカートンの角を保護して、プラスチックトレイや弾薬カートリッジがカートンの端に引っかかるのを防ぎます。これは非常に意図的な方法です。装填ステーションでは、弾薬のトレイがカートンに入る自由で明確な経路を確保できるように設定してください。

「閉じるときに、タックタブをトレイの上のカートンに押し込むようにしたかったのです」と彼は続けます。 「重力によって箱が押さえつけられ、閉じたときにタックタブがカートンに約 1 インチ侵入します。」

タブが置かれている重いトレイの下にタブを押し込もうとする代わりに、タブを前立ったプラスチックトレイの上に押し込むことによって、カートンの内容物がタックタブフラップのカートンを閉じるのを妨げません。 これらのフラップは Festo の空気圧を使用して閉じられます。 タックタブフラップは、弾薬トレイの装填を容易にするために、組み立てられた後に金属フランジの下に沈み込みます。

これもツーアップインフィード形式が再び登場する例です。 アンダーウッドは、美しく装飾された板紙素材に投資しているため、カートンを慎重に保護し、弾薬のトレイに優しく装填するスムーズでゆっくりとした操作により、プレミアム一次パッケージへの見苦しい損傷を防ぎます。

タックタブが閉じられた状態で積載されたカートンは、Videojet インクジェット システムでコード化され、マークが付けられます。 可変データには、弾薬の口径、弾の重量、弾の種類の説明、ロット番号、UPC コードが含まれます。

密閉カートンは通常、一列チャンバーから横方向に押し出されてダンプ機に入れられ、そこで 2x5 形式の 10 カートンに積み重ねられます。 次に、カートンを 90 度回転させて端を傾けます。 アンダーウッド氏は、ほとんどのフォーマットはこの 2x5 パターンに準拠しているが、将来的にはさまざまなパターンに柔軟に対応できると述べています。

端を傾けることはカートンの特定の機能を達成するものではなく、単に方向の要件でした。 機械のレイアウトと機械がケースを組み立てる方法により、よりうまく機能しました。 ダンプ機の機構は、5 つのカートンを重ねた 2 つのスタックに圧力を加えてぴったりと合わせ、三面の封じ込めを実現し、ケース詰めする前にカートン間の余分な遊びを排除します。

マシンのウォークスルーを目的として、これまで射出成形トレイに 20 ct 弾薬を 2x10 または 4x5 配置したいくつかの特定の SKU に焦点を当ててきました。 しかし同社は、50 ct 弾薬とそれより小さい 10 ct 弾薬用の 5x10 フォーマットも行っています。 しかし最も重要なことは、これらの形式はすべて、さまざまな弾薬口径と弾薬タイプで利用できるということです。 これは、現在マシンにプログラムされている 10 種類のカートン スタイルに梱包されている 350 種類の SKU に相当します。 この機器が成長するにつれて、Jeffers は 35 の異なる個別パック形式に対して 35 もの異なるレシピをプログラムすることを期待しています。 ツーアップインフィードからの弾薬のトレイは、プッシャーがカートンに積み込む前に横に寝かせる方向に置かれます。

どのように切り取っても、製品の組み合わせは膨大であり、頻繁に入れ替えられます。 だからこそ、Underwood はオプション機能である完全自動切り替えを採用したのです。

「これまで使った中で最高のお金です」とアンダーウッドは言う。 「ボタンを押すと、マシンの 96% 以上が変更され、まさに私たちが望んでいたとおりの動作をしてくれました。切り替え時間は 10 分未満と最小限です。明らかに高価なオプションですが、それだけの価値がありました。」 … 私たちの業界は実際に少し減速しています。私たちは以前のように[単一のSKUの長期実行]を大量に実行しているわけではないので、切り替えはさらに重要です[より多くのミックスで短期実行する場合は]。その観点からすると、これは驚異的です。 」

自動切り替え機能のあまり議論されない要素は、CPG が独自のレシピでいかに簡単にプログラムしてテストできるかということです。これは、プロジェクトの開始時に OEM にすべてのプログラミングを依存したり、より高価なアフターマーケット サポートに依存したりするのとは対照的です。

「もし彼らが 35 のレシピすべてをテストすることを望んでいたら、それは私たちにとって非常に手間がかかっていたでしょう。そこで私たちは、Aagard 技術者の助けなしで彼らが独自のサイズを設定できるようにしました。それは少し大変でした。」最初は学習曲線が多かったですが、今では彼らは私たちが知らないレシピを設定しています」とキャピストラント氏は言います。 カートンは 2x5 スタックにフォーマットされ、エッジを 90 度回転させて方向を整えてから、三面封じ込めとプッシャーでダンボールケースに積み込みます。

Jeffers 氏は付け加えます。「とても簡単です。今朝実際に新しいものをセットアップしましたが、所々に小さな調整を加え、オフセットをミリメートル単位で変更するだけで、プロセス全体で 20 分かかりました。すべての情報を取得したら、 「通常の拒絶反応で高さと幅が完璧にプログラムされている場合、最初から最後まで最大約 30 分かかります。そして一度そこに入れれば、それは永続的です。今から 1 年後にはそのレシピを実行でき、作業はすでに完了しています。」

「これは当社が Rapid Launch と呼んでいる機能で、お客様が機器を改造したり別のラインを設置したりするのではなく、数分で新製品をセットアップできるようにする当社の機械テクノロジーです」と Capistrant 氏は述べています。

SKU の急増と言えば、モノブロックでのケース梱包作業は、長さ 8 インチのライフル弾のカートンから比較的短いピストル弾まで、さまざまな製品を収容できる段ボールケースを組み立てて梱包するように設計されていました。

「一般的なフライトインケースパッカーは、これほど広い範囲をうまくサポートできません」とキャピストラント氏は言う。 「私たちは実際に、ダンボールケースのマガジンからしっかりと対向するカップを立てて装填し、非常に浅いケースから非常に大きなケースの範囲を扱うことができる、ユニークなオーバーヘッドシャトルケースのパッケージング構成を設計しました。通常はフライトによって、より大きなフォーマットに至るまでサポートされています。」 段ボールケースは梱包され、ホットメルト装置で閉じられ、パレタイジング前に可変データをインクジェットで印刷されます。

2D 段ボールケースブランクを含むマガジンは、ケース組み立て作業の下に置かれます。 慎重な封じ込めと安全対策のおかげで、オペレーターはマガジンの上でブランクピッキングや組み立て作業を行っているにもかかわらず、マガジンを簡単に補充できます。 モノブロック機械フォーマットでは、オペレーターと可動コンポーネントの間に物理的な障壁が作成されます。

ケースはノードソンのホットメルト接着装置を使用して閉じて密封され、再度コーディングとマーキングが行われます。 この操作では、2 つの向かい合った Videojet インクジェット プリンタ ヘッドが、一次パッケージに印刷されたのと同じ可変データを、今度は段ボールに印刷します。 その後、ケースはケースパッカーとプリンターの端から直接取り出され、オーバーヘッドシャトルによってデュアルベイパレタイザーに輸送されます。 中程度のペースのパレット レートのため、新しいパレットの積み込みは、(少なくとも) 高速操作の場合ほど頻繁には発生しません。 現時点では自動パレットディスペンサーと合紙挿入装置は必要ないため、システムコストが削減されます。

オーバーヘッド シャトル ケース搬送と完全密閉型ベイを備えたデュアル ベイ セットアップにより、システムが 2 番目のパレットの梱包パターンを構築し続けている間、オペレータは十分な時間をかけて、いっぱいになったパレットを取り出し、Or​​ion 機器を介してストレッチ ラッピングに移動することができます。 2番目の湾で。 ケースは真空吸引シャトルによって頭上から輸送されますが、両方のパレット ベイでのオペレータの封じ込めに特別な注意を払うことで、段ボールの空のマガジンの上でケースの組み立てが行われている場合と同様に、オペレータが安全にベイに進入して充填されたパレットを取り出すことができます。 機械は、移動作業とオペレーターの間の物理的な障壁をスライドさせます。 段ボールケースは梱包され、ホットメルト装置で閉じられ、パレタイジング前に可変データをインクジェットで印刷されます。

「パレットにケースを置くときにケースを個別にしているので、パレットのパターンやパレット上での配置方法に大きな柔軟性があります。風車パターンを作成する機能さえあります」とキャピストラント氏は言います。 「これらのパレットは非常に重いので、サイズアウトする前に重量を調整するため、多くのオプションが得られます。」

パッケージング システム全体では、モーター、ドライブ、PLC、HMI などのオートメーション コンポーネントはすべて Rockwell Automation 製です。

モノブロック包装システムが稼働すると、アンダーウッドは退屈で反復的で人間工学的に不親切な包装作業から労働力を再配分し、施設内の他の場所でより有用な役割を担うことができました。

「これは包装作業における大幅な省力化にすぎず、誰もやりたがらない仕事でした」とアンダーウッド氏は語る。 「彼らはかなり早く箱を詰めることができましたが、それは楽しそうには見えませんでした。」 段ボールに直接コーディングとマーキングを行った後、ケースはオーバーヘッド シャトルによって個別化され、パレット化されます。 製品の重量によりパレットの高さは低く抑えられる傾向がありますが、風車を含む多くのパレット パターンが利用可能です。

また、新しい包装装置のおかげで、アンダーウッド氏とジェファーズ氏は上流のトレー積み作業に再び注意を向けることができ、トレーを積み上げ、アーガード獣に餌を与え続けるためのトレー積み弾薬のバックログを構築するための人的時間を増やすことができました。 しかしそれは、今回のような自動化における大きな飛躍は、ボトルネックをライン上の別の場所に移すだけであるという事実をより鮮明に浮き彫りにするだけです。 そしてそのボトルネックは、手動と ATLM の両方でのトレイ操作にあります。

「Aagard と直接連携する、より高速な自動トレー製造機が次の目標です」とアンダーウッド氏は言います。 「私たちはこの機械に手動で供給していますが、それが最終的にはシームレスなプロセスになることを目指しています。」

そして、それはほぼ確実に近いうちに、おそらく新しい建物でも起こるだろう。アンダーウッドの現在の施設ではスペースがほとんどなくなっている。 彼はすでにその不動産を購入しており、計画が進行中である。 ラインのどこで発生するかに関係なく、新しい Aagard の包装自動化を最大限に活用するには、トレイやその他の場所での自動化のさらなる改善が必要です。 デュアルベイパレットフォーマットとは、オペレーターが最初のベイからパレットを取り出している間、2 番目のベイでのパレット化が継続して行われることを意味します。 この機械は、安全のために物理的なバリアによってオペレーターを可動部品から隔離します。

しかし、それがアンダーウッドの最初からの計画であり、その日の現在のニーズで求められるよりもはるかに事業をスケールアップすることで将来に備えようというものだった。 これにより、Underwood Ammo は時間の経過とともに装備へと成長し、進行を遅らせる段階的な増分増加を避けることができます。

「Aagard との私たちの経験の最後の素晴らしい部分は、サービスと保証部門です」と Underwood 氏は結論づけています。 「彼らは、私たちが何か問題を抱えているときは、本当に親切に対応してくれました。彼らはいつも夜通しで現場にいて、何か質問があれば、いつでもテキストメッセージを送ることができました」誰かに連絡すれば、すぐに反応してくれるでしょう。これは、インストールが成功したときの印象的な最後の仕上げです。」 -PW

定期的に弾薬を扱う人、または銃器に精通している人は、少なくとも銃身に装填する前であれば、弾薬の取り扱いに関する安全上の懸念は無視できるものであることを知っています。

しかし、この分野の経験が浅い人は、弾丸や弾丸のグループを処理する自動化または機械装置に関連する安全性について疑問を抱くかもしれません。 事情に詳しい関係者によると、これはあまり心配する必要はないという。

まず第一に、雷管を作動させるには弾丸の特定の領域に多くの集中した力を加える必要があるため、機械的な取り扱い中に偶発的に放電することは非常にまれです。 さらに、誤射が発生したときに弾丸が砲身に装填されていないため、エネルギーの散逸が一方向に集中することはありません。 エネルギーの散逸はすべての方向に一度に外側に放射され、弾丸の先頭にある実際の弾丸は、指向性バレルに薬室が詰められている場合のように、集中して前方に発射されません。