ロールハンドリングの革命:フレキシブルフィルムプロセッサー向けの高度な自動化

フレキシブルパッケージングの世界では、多くのフィルム加工業者が、スループットと製品の一貫性を向上させるために、押出ラインとスリッティングシステムに多額の投資を行ってきました。しかし、依然としてボトルネックは依然として残っています。それは、制作ステップ間を移動する大量の扱いにくいフィルムのロールを処理することです。これらのロールはサイズや形式が大きく異なるため、その処理を自動化することは技術的な課題であると同時に戦略的な機会でもあります。

プラスチック業界の人々は「自動化」と聞くと、射出成形機から部品を降ろすロボットをよく思い浮かべます。フィルム処理では、自動化は別の形で行われます。 300 ポンドのロールをスリッターから保管場所に輸送したり、完成した複数のロールを検査、包装、または出荷のために安全に保管したりすることが含まれる場合があります。これらの作業は多くの工場で依然として労働集約的であり、効率、安全性、データの可視性を向上させる機会は非常に重要です。

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スリッター/リワインダー ワークフローの内部

一般的なフレキシブル フィルム処理施設では、押出、印刷、ラミネートなどの上流プロセスの出力として、大きなバルク ロール (ジャンボ ロールとも呼ばれます) が生成されます。これらのジャンボ ロールはスリッターに装填され、最終包装に適したより細く短い長さにカットされます。その後、リワインダーが元のジャンボ ロールから複数の販売可能なロールを作成します。

完成したフレキシブル包装ロールは寸法が大きく異なるため、安全に輸送するには適応性のある自動化が必要です。出典 (すべて):応用製造技術

自動化は、10 ～ 300 ポンドの範囲の完成したロールの取り扱いに大きな影響を与える可能性があります。外径、幅、コアのサイズは大幅に異なる場合があります。コアレスのものもあります。スリッターは 1 つのロールまたは 20 のロールを同時に生産することがあり、ラインの効率を維持するには、これらのロールを迅速に片付けて次のサイクルに道を譲る必要があります。ここでの遅延により、高価な高速スリッターの稼働時間が減少する可能性があります。

フィルム ロールの取り扱いの複雑さ

柔軟なフィルム操作には、幅広い製品構成を管理できる自動化システムが必要です。 1 台の機械で、さまざまな SKU、ロール サイズ、包装形式に対応できる場合があります。この変動性をサポートする自動化の設計は、エンジニアリング上の複雑な課題です。軽量のロールは多くの場合、コンパクトなロボット システムで管理できますが、場合によっては数百ポンドを超える重いロールの場合は、機械的および空間的要件が非常に異なるガントリー、リフト、またはカスタム ハンドリング ソリューションの使用が必要になる場合があります。これらの変動は、ペイロード容量や到達速度、設置面積、統合戦略に至るまで、あらゆるものに影響を与えます。

同時に、自動化によって人間の介入が不要になるわけではありません。オペレーターは、重大な障害、メンテナンス作業、または品質チェック中にも関与する必要があります。システムは、安全かつ効率的な手動アクセシビリティを念頭に置いて設計する必要があります。たとえば、ガントリーを使用してロールのオーバーヘッドを停止するとスループットが向上する可能性がありますが、オペレーターがプロセスの途中で介入する必要がある場合、新たなリスクが生じます。選択する自動化のタイプは、製品のばらつきだけでなく、プロセスに人間による監視がどの程度必要であるかにも合わせて選択する必要があります。

輸送と転勤の機会

ジャンボ ロールをスリッターに移動する作業は、そのサイズ、重量、および扱いにくい形状のため、ロールの取り扱いにおいて依然として最も労働集約的な手順の 1 つです。オペレーターは従来、カート、ホイスト、またはリフト補助装置を使用してきましたが、これらのツールは時間がかかり、人間工学的に要求が厳しいものが多いです。自律移動ロボット (AMR) などの新しいソリューションにより、このプロセスが合理化され、オペレーターの負担が軽減され始めています。

従来の無人搬送車（AGV）とは異なり、AMR はリアルタイムでルートを調整し、複雑な環境をナビゲートし、障害物を回避できます。これは動的動作計画として知られる機能です。そのため、人の往来が多い生産地や狭い通路では特に価値があります。 AMR を使用すると、フィルム処理業者はカートやホイストへの依存を軽減しながら、スループットと作業者の安全性を向上させることができます。

ロボット ロール ハンドリング システムは、コアグリップのアーム端ツールを使用して完成したフィルム ロールを持ち上げて位置決めするため、手作業が減り、下流工程での再現性が向上します。

下流の統合と検査

自動化は、スリッター以外にも、ラベル貼り、パレタイジング、ストレッチ包装、袋詰めなど、出荷または下流の処理に備えてロールを準備するために必要なステップもサポートできます。これらの各ステップは、統合された自動化の機会を提供します。

検査も自動化でき、ビジョン システムやセンサーを使用して、適切な巻き取り、ラベルの配置、表面の完全性をリアルタイムで検証できます。これらのチェックをワークフローに組み込むことで、手動レビューへの依存が減り、より一貫した製品品質を確保することができます。

柔軟性と組織の知識を考慮した設計

自動化設計を成功させるには、工場現場での日常業務に関する実践的な知識が必要です。オペレーターは多くの場合、プロセス文書には記載されていない非公式のルーチンや調整を開発しますが、本番環境をスムーズに実行し続ける上で重要な役割を果たします。

システム検出フェーズでこれらの文書化されていない慣行を把握すると、自動化システムがそれらを再現するか、その必要性を安全に排除できるようになります。たとえば、ロールを固定するために追加のテープを貼り付けるなどの単純なことは重要ではないように思えるかもしれませんが、取り扱い中に製品を保護するためには不可欠である可能性があります。設計段階を通じてフロア担当者を関与させることで、これらの運用の詳細を特定し、システム稼働後のコストのかかる見落としを回避できます。

ロールハンドリング治具と統合された産業用ロボットは、スリッター/巻き取りセルから隣接するプロセスへの自動搬送を実証し、オペレーターの負担を最小限に抑えながら高いスループットをサポートします。

今後の展望:自動化の向かう先

スリッター技術は、特にリワインダー分野で進歩しています。たとえば、タレット巻き取り機を使用すると、完成したロールが自動的に交換され、ダウンタイムが最小限に抑えられる間、機械は稼働し続けることができます。これによりスループットが向上しますが、下流の自動化にも新たな要求が生じます。下流の自動化では、完了したロールを迅速に処理し、遅滞なく次のサイクルに備える必要があります。

これらのパフォーマンスの向上に合わせて、製品の輸送だけでなく、ロールのステージング、方向付け、検査、出荷やさらなる加工の準備など、ロールの取り扱いも進化する必要があります。この全範囲（ロールの変動性、手動バックアップの必要性、既存のワークフローとの統合）をサポートする自動化は、プロセッサが手動介入を減らし、エラーを最小限に抑え、幅広い SKU とロール形式にわたって一貫性を高めるのに役立ちます。

自動化システムの機能が向上し、高度なモーション制御、安全性、インライン検査が統合されるにつれて、ロールハンドリングと自動化の互換性が高まっています。これらのシステムを積極的に最新化するフィルム プロセッサーは、従来のボトルネックを非常に効率的なプロセスに変えることができます。ロールベースのオートメーションに経験のあるシステム インテグレーターと提携することで、フィルム加工業者が従来の機器と進化する制作需要の両方との互換性を確保しながら、業務を最新化できるように支援できます。

著者について:ケリー・チャーマーズ 彼女は、Applied Manufacturing Technologies (ミシガン州オリオン) のシニア プログラム マネージャーであり、20 年以上にわたり、柔軟な自動化およびロール ハンドリング システムを専門としてきました。エンジニアリング設計、シミュレーション、システム統合の経験を持つ彼女は、さまざまな製造環境にわたる複雑な自動化プロジェクトを主導してきました。チャルマーズは理学士号を取得しています。ミシガン大学で産業工学およびオペレーションエンジニアリングの学士号を取得し、ケタリング大学で MBA を取得しています。  連絡先:248-409-2000; kchalmers@appliedmfg.com; applymfg.com.