智能产品输送推动工厂布局从直线型迈向模块化
生产环境中的空间限制使得传统系统方案难以施展，这要求发挥创造力并采用基于 PC 的控制技术。基于这一思路，Pro Pharma Automation 与 Glanzer cosmetic engineering 联手打造了一套搭载 XPlanar 与 TwinCAT 的创新灌装系统。据 Glanzer cosmetic engineering 总经理 Sigrid Glanzer 介绍，该解决方案将成为多组分化妆品的灌装与设计领域的标杆。
Glanzer cosmetic engineering 拥有 90 多年历史，专为国际品牌与零售商生产化妆品。约100名员工在总计十条生产线上，完成高粘度油、乳液、膏霜及液体产品的开发、生产、灌装与包装。“作为奥地利领先的合同制造商，我们为化妆品行业提供全方位服务 — 从产品开发、按产品规格要求生产，到灌装与包装，一站式覆盖。”总经理 Sigrid Glanzer 说道。该公司面临的挑战在于产品生命周期日益缩短以及生产批次高动态变化。与此同时，多相灌装、罐内定制图案等新趋势也对企业提出了更高要求。“化妆品领域，创意无处不在。”工厂经理兼公司共同所有人 Walter Steinauer 证实道。目前，公司已通过 IFS HPC 及化妆品 GMP 双重认证。
为应对持续变化的市场需求，公司与总部位于奥地利 Elsbach 的专注于制药与化妆品行业的设备制造商 Pro Pharma Automation 联手设计了一套全新的灌装轧盖系统。项目首要目标是实现罐型尺寸、工艺流程及产品种类的高度灵活性，这要求对生产线采用全新的设计思路。对 Pro Pharma 而言，现有高端化妆品产线空间有限且卫生要求严苛，进一步增加了项目的复杂性。“我们面对的占地面积大约只有 3 x 1.8 米 — 这几乎称不上是一条生产线。”Pro Pharma Automation 总经理 Christian Haslmair 在描绘这一方案时说道。
XPlanar — 紧凑、可扩展的解决方案
该灌装系统基于倍福的 XPlanar 平面磁悬浮输送系统。“该系统真正的优势在于，它能够最大限度地利用可用空间，且布局可灵活定制。”Walter Steinauer 表示。这意味着，与传统传送带系统相比，它能在更小的面积内容纳更多工站。此外，XPlanar 动子 支持完全不受机械设计限制的自由流程。因此，根据产品规格的不同，可以跳过流程中的某些工站，或者多次经过同一工站。搭载 XPlanar 的系统还可以通过并行配置多个工站并增加动子数量，实现几乎任意规模的扩展。“目前的布局包含 20 个 XPlanar 平面模块和 16 个动子，设计产能约为每分钟 30 件。”Christian Haslmair 说道。
在极为有限的空间内，总共容纳了 13 个工站和 3 台机器人。第一台机器人从进料口取出罐子，利用专用支架将其放置在转接区域的 XPlanar 动子上，支架能将罐子精确固定到位，并在机器人插入罐子后自动松开。随后是抽除 / 吹扫工位，用于确保罐内没有颗粒或纸板残留物。接下来进入灌装环节：Glanzer 可以选择同时灌装两种组分，也可仅灌装一种。在产品分装工序，Pro Pharma 采用的是伺服控制的螺旋式灌装机，而非传统的活塞式灌装机。“它们使我们能够分装高粘度液体和水基乳液，并可根据需要撤回或追加更多。”Christian Haslmair 说道。
动子旋转与高精度打造独特卖点
由于 Glanzer cosmetic engineering 计划未来在其灌装容器中增加小型瓶装产品，对精度提出了更高要求。“我们需要 0.1 毫米的定位精度。”Walter Steinauer 说道，“XPlanar 的精度远超这一需求，其位置分辨率可达 1 微米，典型重复精度仅为 5 微米。”倍福奥地利分公司销售经理 David Kittl 在解释该解决方案提供的另一项功能时表示。对于含两种组分的产品，动子可在分装过程中同步旋转罐子。“这样会在不同组分之间形成漂亮的螺旋图案，为我们的客户提供了产品差异化的机会，也能在销售点吸引消费者的目光。”Sigrid Glanzer 在谈到这一吸引人的系统特性时说道，“基于 PC 的控制技术与 XPlanar 绝不会限制化妆品行业的创造力。”David Kittl 肯定道。
灌装完成后，下一道工序是封口，由第二台机器人及其专用夹爪机构完成操作。在此过程中，支架以及动子的精确定位至关重要。“如果罐子没有精确对中，机器人就无法正确定位盖子，也就几乎不可能将其准确旋紧到位。这个环节容错空间极小。”Walter Steinauer 说道。最后，动子移动到第三台机器人处，由该机器人将灌装好的罐子放置到传送带上，进入最终检测环节。
TwinCAT 3 — 切尽在掌控
TwinCAT 3 XPlanar (TF5890) 负责协调所有运动。“尽管在极为有限的空间内同时运行多个动子，但系统集成的换轨功能和防撞功能，可防止它们相互碰撞。”David Kittl 表示。Christian Haslmair 则借助 TwinCAT 3 PLC/NC PTP (TC1250) 、AX8000 多轴伺服系统以及 AM8000 同步伺服电机来控制工站、驱动轴并协调机器人。所有这些过程都在一台 C6670 控制柜式工业服务器上执行，该服务器同时承担全部生产步骤的可视化与数据采集任务。
在化妆品与制药行业，过程控制及文档记录必须符合 ISO 13485 要求。正因如此，每个 APM4330 动子都配备了一个 Xplanar ID 识别框，可读取所有工位上动子的唯一序列号。凭借这一信息，每个罐子在系统中的完整运行轨迹都可被记录并归档（如有需要）— 即使断电后也能实现。此外，如果编程得当，系统启动时无需执行回零操作。
除了平稳运行之外，系统还必须易于清洁。在这方面，XPlanar 系统相比其它系统优势明显：XPlanar 平面模块安装在一块铝板上，并覆盖一层通过 FDA 认证的薄膜，且不影响功能性与精度。Pro Pharma 还开发了一套巧妙的解决方案，用于在封口系统中维持化妆品所需的特定加工温度。“我们在 XPlanar 电子器件的工作面下方安装了一套水冷系统，以保持系统内部保持低温。”Christian Haslmair 说道。Pro Pharma 为不同尺寸的平面模块采用了相应尺寸的冷却表面。
小批量，短换型时间
随着生产批量越来越小，换型时间已成为效率的关键考量。“如果下一批次需要在三小时内处理，或者要灌装不同尺寸的罐子，我们不可能允许换型过程耗时半天。”Walter Steinauer 总结道。两个过渡工站确保了这一点 — 同样，高度自动化的产品换型流程也为此提供了保障，该流程通过客户定制的 CP3921 不锈钢多点触控控制面板及 TwinCAT HMI启动。“虽然现在要给出确切数字还为时过早，但我们预计换型时间将比现有产线缩短三分之一。”Walter Steinauer 表示。Sigrid Glanzer 对这项投资的回报信心十足：“我们的销售部门简直是在从我手里抢样品，好尽快送到客户手中！”
