Atualizando uma operação de embalagem com uma ensacadeira automática e paletização robótica

Um moinho de milho automatiza sua linha de ensacamento e paletização para melhorar as taxas de produção e diminuir os custos de mão-de-obra. A Agricor Inc., Marion, IN, produz produtos secos de milho moído desde 1983. A empresa compra milho amarelo aos agricultores locais e silos de grãos e os mói em grãos de milho degerminado, fubá e farinha de milho. Os produtos são empacotados em recipientes para granel, tais como sacos a granel e vagões tremonha ou sacos de 22,7 ou 45,5 quilos, e enviados para várias empresas internacionais, canadenses e americanas para utilização em produtos alimentares e industriais. No passado, a empresa ensacava e paletizava manualmente os sacos pequenos. No entanto, este método era ineficiente, com mão-de-obra intensiva e empoeirado, então a empresa decidiu automatizar.

Empacotar produtos diferentes

Anualmente a empresa mói mais de cinco milhões de alqueires de milho em grãos de milho, fubá e farinha de milho. Como cada produto tem uma densidade e volume de granel diferente, a empresa utiliza três tamanhos de sacos de 45,5 quilos e dois tamanhos de sacos de 22,7 quilos para ensacar os vários produtos.

Enfrentar problemas de Ensacamento e Paletização

No passado, o ensacamento e paletização manuais dos produtos requeriam quatro a seis operadores por turno, dependendo do tamanho do saco a encher. Um operador movia os sacos cheios através de uma seladora de sacos, um a três operadores empilhavam os sacos cheios num pallet, um operador limpava qualquer vestígio e pó e recarregava o depósito de sacos vazios da ensacadeira, e um operador conduzia uma empilhadora que mudava os pallets completos para o armazém.

Quando ensacava e paletizava manualmente os vários produtos, a empresa conseguia produzir 45,5 quilos de sacos regulares e de farinha de milho, a 5 sacos por minuto, sacos de 45,5 quilos de farinha de trigo a 3 sacos por minuto, 22,7 quilos de sacos regulares a 7 sacos por minuto, e 22,7 quilos de sacos de farinha a 4 sacos por minuto. No entanto, para manter este nível de produção e continuar a atender a demanda do cliente, a empresa normalmente tinha que operar três turnos por dia, seis dias por semana, e contratar até dois empregados temporários por turno.

"Nós basicamente desperdiçávamos trabalho com o problema de produção", diz Jack Jones, supervisor do armazém e do embalamento da Agricor. "Para os sacos de 45,5 quilos, nós tínhamos um operador utilizando uma máquina que ajudava no empilhamento de pallets. Para os sacos de 22,7 quilos, precisávamos de dois operadores empilhando-os manualmente, e em períodos mais movimentados de embalagem usávamos três operadores. Para minimizar o risco associado ao manuseamento de tantos sacos, durante cada turno rodávamos de forma rotineira os operadores pelos postos operativos de ensacamento e paletização. Olhando para trás, tivemos muita sorte em não ter tido quaisquer problemas ergonômicos ao manusear manualmente tantos sacos, mas era sempre algo que nos preocupava."

De acordo com Steve Wickes, Presidente da Agricor, outro problema era que " a precisão de enchimento da ensacadeira variou um pouco, com os grãos de milho e o fubá variando cerca de um quilo do peso em relação ao peso definido do saco e a farinha variando consideravelmente mais do que isso. E já que normalmente erramos no sentido de transbordar os sacos, estávamos perdendo produto em quase todos os sacos que enchemos, o que cortou em nossa margem de lucro."

A empresa precisava melhorar suas operações de ensacamento e paletização, especialmente se queria continuar aumentando sua base de clientes. "Não conseguíamos aumentar a produção porque já estávamos operando a linha de empacotamento em plena capacidade, de modo que estávamos basicamente num impasse", diz Wickes. "Nós também precisávamos melhorar a precisão de enchimento de sacos para minimizar a perda de produto, e precisávamos diminuir o número de operadores e o tempo necessário para ensacar e paletizar os produtos. Então decidimos automatizar completamente a linha de empacotamento e atualizar o equipamento de detecção de metal para melhor garantia de pureza do produto."

Avaliar Opções de Automação

Wickes e Jones contactaram vários fornecedores de equipamentos de ensacamento e paletização. "Dissemos a eles que estávamos procurando uma ensacadeira automática, um selador de sacos, e um paletizador robótico que pudesse lidar com os três produtos sem a necessidade de demorados ajustes entre o funcionamento dos produtos", diz Jones. "Também lhes disse que os equipamentos da linha de empacotamento seriam instalados em uma área com espaço limitado e que provavelmente teria que projetar à medida a linha de transporte e de equipamento de modo a caber tudo na pequena área. Além disso, a remoção do equipamento antigo e a instalação do novo tinha que acontecer dentro de um prazo muito curto porque tínhamos que manter o nosso cronograma de produção. Basicamente, o fornecedor só tinha dois fins de semana consecutivos, ou cerca de noventa e seis horas, para instalar a linha de empacotamento inteira."

Entre as propostas competitivas, uma se destacou após Wickes e Jones comparararem os vários elementos de cada proposta. "Olhamos para a instalação de cada fornecedor e os custos dos equipamentos, qualidade dos equipamentos e design do sistema e filosofia de gerenciamento de projetos e acompanhamento de serviços, e concluímos que apenas um fornecedor tinha o pacote mais adequado para nossa aplicação e orçamento", diz Wickes. "Antes de tomarmos nossa decisão final, enviamos os três produtos para as instalações de teste do fornecedor para analisar, e visitamos uma de suas instalações em Toronto e conversamos sobre seus clientes em Saskatchewan. Os testes mostraram que a ensacadeira consegue lidar facilmente com nossos três produtos, e só recebemos feedback positivo dos clientes com quem falamos, então decidimos comprar uma ensacadeira de boca aberta automatizada com uma seladora de sacos, e uma paletizadora robótica automática e programável do fornecedor."

O fornecedor, Grupo de Equipamentos Industriais (IEG) Premier Tech, Rivière-du-Loup, Quebec, projeta e fabrica equipamento personalizado e automatizado de embalagem, paletização, dosagem e embalagem com invólucro elástico e sistemas de tratamento de sólidos a granel.

A Ensacadeira Automatizada e a Célula Robotizada de Paletização

A ensacadeira de alta velocidade Série PTK-1700 ensaca materiais em pó ou granulares, incluindo minerais, produtos químicos, alimentos e rações para animais em saco boca aberta de papel, PE, e sacos tecidos de PP com taxas de até 25 sacos por minuto, dependendo do tamanho e do material do saco. A ensacadeira tem todas as superfícies de contato com o produto em aço inoxidável e fornece ensacamento isento de pó com controle total de sacos para aplicações de higiene e de grau alimentar. Ele também proporciona a transferência rápida e confiável de sacos cheios para o sistema automatizado de selagem de sacos.

A PLC da ensacadeira tem uma interface com tela tátil de operação simples que permite a fácil resolução de problemas e a leitura de códigos de erro, e seu software de auto-diagnóstico tem travas de paragem de emergência para garantir a segurança do operador durante a operação. O sistema de controle integrado da balança da ensacadeira fornece consistentemente pesagens precisas dos materiais, e seu depósito de múltiplos sacos permite o rápido recarregamento e rápida troca de tamanho de sacos.

A célula robotizada de paletização Série AR-200 pode, simultaneamente, recolher sacos de até quatro linhas de produtos diferentes e paletizar até 28 sacos por minuto, dependendo das características do saco, altura da pallets, a configuração do layout, e outros fatores. Para a aplicação Agricor, o fornecedor configurou a paletizadora para recolher sacos a partir de apenas uma linha de produto por causa do espaço limitado no chão.

Um PLC com uma interface simples de operar está localizado no controlador do robô e mostra o equipamento em 3D e desenhos de layout para facilitar a operação no modo manual. A interface também mostra receitas armazenadas a que um operador pode aceder rapidamente para alterar o tamanho do saco e o padrão de paletização.

A paletizadora automatizada coloca automaticamente pallets vazias e folhas de deslizamento, e seu braço robótico tem uma garra de dedo equipada com um sistema de ajuste automático à largura do saco. Isso permite que ela manuseie sacos com tamanhos de de 9 a 23 centímetros de largura, 13 a 39 centímetros de comprimento e 1,5 a 6 mm de espessura, e sacos com pesos até 179,83 quilos. O sistema de paletização PLC usa um software de prevenção de colisão para evitar danos acidentais à garra do braço robótico e a outros equipamentos.

Instalação do equipamento de empacotamento

A empresa contratou uma empresa técnica de moinhos local (Industrial Maintenance Specialists) e uma empresa de eletricidade (Rex Collins Electric) para instalar o novo equipamento. Na sexta-feira à noite, 15 de fevereiro de 2008, a equipa de tánicos de moinhos, juntamente com os engenheiros do fornecedor e os operadores da Agricor, começou a remover a ensacadeira antiga da planta. "Levamos a ensacadeira antiga e colocámos uma nova", diz Jones, "e no fim de semana seguinte, instalámos a paletizadora robótica, os transportadores e o restante equipamento. Cumprimos o prazo de instalação em ambos os finais de semana e fazíamos o ensacamento do produto aos domingos à noite. Foi um desempenho impressionante, porque tudo tinha que ser corretamente instalado; não tinhámos espaço de manobra. Na verdade, há apenas três polegadas de espaço entre o equipamento e uma das paredes; é quão apertado está o sistema".

A empresa requer agora penas três operadores por turno para executar a linha de empacotamento: um vigia toda a maquinaria, um limpa, e um conduz a empilhadora. Atualmente, a empresa está ensacando sacos regulares e de farinha de milho de 45,5 kg a um ritmo de 9 a 11 sacos por minuto, sacos de 45,5 quilos de farinha de trigo, de 7 a 9 sacos por minuto, sacos regulares de 22,7 kg a 15 sacos por minuto, e sacos de farinha de 22,7 quilos, a 8 a 10 sacos por minuto.

Melhorar as Operações de Empacotamento da Empresa

Desde a instalação da nova linha automatizada de ensacamento e paletização, a empresa reduziu significativamente os seus custos operativos e de mão de obra. " A nova linha de produtos ensaca tão rápido que só têm de operar em dois turnos por dia, cinco dias por semana para manter o nosso cronograma de produção", diz Wickes. "E a paletizadora robótica diminuiu nossos custos de mão de obra porque não precisamos mais contratar funcionários temporários durante a época alta para paletizar sacos de 22,7 kg. Também eliminou possíveis problemas ergonômicos relacionados ao fato de os operadores "manusearem manualmente tantos sacos."

A exatidão de pesagem da ensacadeira melhorou a margem de lucro da empresa, diminuindo a perda de produto. "Estamos muito satisfeitos", diz Jones. "O intervalo de precisão do peso do saco é muito apertado, e nossos clientes estão satisfeitos porque recebem exatamente a quantidade de produto que encomendam."

Tanto Wickes como Jones ficaram satisfeitos com o treinamento pós-instalação a operadores e com o serviço de seguimento do fornecedor. "Os engenheiros do fornecedor foram muito bons no treinamento de nossos operadores do novo equipamento e realmente nos levaram a acelerar", diz Wickes. "E mesmo assim tendo sido uma grande curva de aprendizado, porque a tecnologia ainda é relativamente nova para nós, quanto mais operamos o sistema, melhor é o nosso desempenho. Tem sido fácil trabalhar com o fornecedor que é muito prestável. Se algo der errado, seu suporte técnico está disponível até às dez da noite, para que os possamos chamar e obter respostas por telefone, e isso tem sido muito útil."

Artigo modificado da revista Powder& Bulk Engineering Magazine, Março de 2009