Robotyzacja paletyzacji i pakowania — kiedy robot zastąpi pracę ręczną przy linii?

Robot paletyzujący zastępuje pracę ręczną na końcówce linii wtedy, gdy jednostki ładunkowe są powtarzalne, wymagana wydajność przekracza możliwości jednej osoby na zmianie, a zakład dysponuje miejscem na strefę palet i budżetem rzędu 150–500 tys. zł netto na stanowisko zrobotyzowane. Paletyzacja robotem nie jest rozwiązaniem uniwersalnym: o jej zasadności przesądza analiza asortymentu, taktu linii, liczby formatów i warunków bezpieczeństwa, a nie sama dostępność techniki.

Niniejszy wpis porządkuje kryteria, którymi należy się kierować, rozważając automatyzację pakowania i robotyzację końcówki linii w zakładzie spożywczym, meblarskim lub opakowaniowym. Omówiono procesy typowo poddawane automatyzacji, różnice w wydajności między robotem a pracą ręczną, zasady doboru robota i chwytaka, wymagania wobec stanowiska, strukturę kosztów oraz sytuacje, w których robot paletyzujący nie znajduje uzasadnienia ekonomicznego. Pojęcia podstawowe wyjaśniono we wpisie Czym jest robotyzacja procesów produkcyjnych.

Automatyzacja pakowania: które procesy końcówki linii poddaje się robotyzacji

Pojęcie końcówki linii obejmuje operacje wykonywane po zakończeniu właściwej produkcji: formowanie i zamykanie kartonów, pakowanie zbiorcze, etykietowanie, paletyzację, owijanie palety folią oraz — na wejściu do zakładu — depaletyzację surowców i opakowań. Automatyzacja pakowania rzadko obejmuje wszystkie te etapy jednocześnie; w praktyce robotyzacji poddaje się zwykle najpierw operację o największym obciążeniu fizycznym i najbardziej powtarzalnym charakterze.

• Paletyzacja — układanie kartonów, worków, zgrzewek lub wiader na palecie według zadanego schematu; jeden z najczęstszych przedmiotów robotyzacji ze względu na masę jednostek i monotonię ruchu.
• Depaletyzacja — rozbiórka palet z półproduktami lub pustymi opakowaniami na wejściu linii.
• Pakowanie zbiorcze — wkładanie jednostek detalicznych do kartonu lub tacy; wymaga większej precyzji i często chwytaków wieloelementowych.
• Formowanie i zamykanie kartonów — operacja zwykle realizowana przez maszynę specjalizowaną, nie przez robota; przykładem z portfolio Automation jest urządzenie do formowania kartonów na sterowniku PLC serii XC.
• Owijanie i etykietowanie palet — etapy końcowe, które po zrobotyzowaniu paletyzacji naturalnie włącza się w jeden ciąg sterowania.

Wydajność robota a praca ręczna

Zasadnicza różnica między robotem a pracownikiem nie dotyczy prędkości pojedynczego ruchu, lecz stałości wydajności w czasie. Robot paletyzujący utrzymuje stały czas cyklu na początku i pod koniec zmiany, w porze nocnej i w okresie urlopowym; nie podlega zmęczeniu ani ograniczeniom wynikającym z przepisów o ręcznych pracach transportowych, które limitują masę i częstotliwość dźwiganych ładunków (przy pracy stałej 12 kg dla kobiet i 30 kg dla mężczyzn, przy dorywczej odpowiednio 20 i 50 kg, a przy podnoszeniu powyżej obręczy barkowej jeszcze mniej — rozporządzenie w sprawie bhp przy ręcznych pracach transportowych, t.j. Dz.U. 2018 poz. 1139). Wydajność pracy ręcznej jest z natury zmienna i zależy od obsady, kondycji pracownika oraz rotacji kadr.

Rzeczywista wydajność stanowiska paletyzującego zależy od masy jednostki, drogi przenoszenia, typu chwytaka i liczby jednostek pobieranych jednocześnie — należy ją ustalać dla każdej linii osobno; katalogowa wydajność producenta dotyczy cyklu znormalizowanego i jest punktem wyjścia, nie gwarancją. Orientacyjnie: cobot z pojedynczym pobraniem osiąga kilka do kilkunastu cykli na minutę, robot 4-osiowy 20–30 cykli na minutę w cyklu znormalizowanym (w rzeczywistej aplikacji zwykle mniej), a pobieranie wielokrotne lub warstwowe zwielokrotnia liczbę jednostek na cykl. Dla ilustracji skali efektu warto przywołać opublikowaną realizację Automation: zrobotyzowane stanowisko montażu skrzyń drewnianych osiągnęło ponad 400 cykli na godzinę i wzrost wydajności o ponad 40% względem pracy ręcznej. Należy podkreślić, że jest to proces montażowy, a nie paletyzacja — liczby te obrazują efekt robotyzacji powtarzalnej operacji, nie zaś wydajność robota paletyzującego.

Dobór robota i chwytaka do paletyzacji

Dobór robota rozpoczyna się od parametrów ładunku i linii, a nie od katalogu producenta. Należy ustalić:

• masę i wymiary jednostki ładunkowej;
• wymaganą wydajność w cyklach na godzinę;
• wysokość i schemat ułożenia palety, w tym wymagania stabilności stosu (schemat przeplatany, przekładki, owijanie);
• liczbę obsługiwanych formatów;
• zasięg potrzebny do obsługi wszystkich pozycji palet;
• udźwig liczony łącznie z masą chwytaka;
• wymaganą powtarzalność;
• czas dostępny na wymianę pełnej palety oraz sposób podawania pustych palet i przekładek — jeżeli ma je obsługiwać robot, chwytak potrzebuje dodatkowej funkcji, co zwiększa jego masę i koszt.

Stosowane klasy robotów zestawiono w tabeli.

Typ robota	Zalety	Ograniczenia	Typowe zastosowanie
4-osiowy przemysłowy (paletyzujący)	Wysoka prędkość, duży zasięg i udźwig, prosta kinematyka, zwykle niższy koszt niż 6-osiowy o porównywalnym udźwigu	Nie przechyli ani nie postawi jednostki na boku — układa ją płasko, obracając tylko wokół osi pionowej; wymaga zabezpieczenia całej strefy ruchu, w praktyce pełnego wygrodzenia	Paletyzacja kartonów i worków przy wysokim takcie, jedna lub kilka linii wejściowych, 2–4 pozycje palet; klasa udźwigu zwykle od ok. 80–100 kg wzwyż
6-osiowy przemysłowy	Pełna swoboda orientacji ładunku, obsługa nietypowych schematów i jednostek wymagających obrotu	Wyższy koszt, bardziej złożone programowanie; wymaga zabezpieczenia strefy ruchu, zwykle wygrodzenia	Paletyzacja mieszana, pakowanie zbiorcze, depaletyzacja z przekładkami
Cobot (robot współpracujący)	Kompaktowa zabudowa, możliwość pracy z ograniczonym wygrodzeniem po ocenie ryzyka, łatwiejsze przestawianie między liniami	Niższe prędkości i udźwigi; zakres wygrodzenia zależy od oceny ryzyka	Paletyzacja lekkich jednostek przy niskim i średnim takcie, stanowiska o ograniczonej powierzchni

Przykładem robotów współpracujących, z którymi Automation pracuje, są coboty Fairino FR10 i FR20 o udźwigu odpowiednio 10 i 20 kg. Ich zasięg (rzędu 1,4–1,8 m) zwykle nie wystarcza do ułożenia palety pełnej wysokości z dwóch pozycji — stanowisko wymaga wtedy kolumny podnoszącej jako dodatkowej osi, którą należy ująć zarówno w cenie, jak i w ocenie ryzyka. Udźwig nominalny należy każdorazowo pomniejszyć o masę chwytaka wraz z osprzętem — dla chwytaka podciśnieniowego z ramą i generatorem próżni może to być kilka kilogramów, co w przypadku mniejszych cobotów istotnie zawęża zakres obsługiwanych jednostek.

Chwytak bywa trudniejszym elementem projektu niż sam robot. Chwytaki podciśnieniowe sprawdzają się przy kartonach i jednostkach owiniętych folią, lecz są wrażliwe na jakość powierzchni, perforację i zapylenie, a przy cięższych kartonach ciężar przenosi zamknięcie wieka — słabo zaklejone opakowania wymagają ssawek na całej powierzchni lub chwytaka z podparciem. Chwytaki widłowe (z dociskiem górnym) przenoszą worki niezależnie od stanu powierzchni; chwytaki klamrowe wymagają jednostek znoszących ścisk boczny — zgrzewki i lekkie kartony chwyta się klamrą z podparciem dolnym lub podciśnieniem z płytą piankową, wymagają jednak miejsca na wsunięcie wideł i odpowiedniego odstępu między jednostkami na przenośniku. Chwytaki kombinowane łączą obie funkcje kosztem masy i złożoności. Wybór chwytaka powinien poprzedzać ostateczny dobór robota, ponieważ masa i wymiary chwytaka wpływają zarówno na wymagany udźwig, jak i na zasięg.

Wymagania stanowiska paletyzującego: miejsce, podawanie, bezpieczeństwo

Stanowisko paletyzujące zajmuje więcej miejsca, niż wynika z zasięgu robota. Należy przewidzieć strefę robota, co najmniej jedną, a zwykle dwie pozycje palet (aby wymiana pełnej palety nie zatrzymywała linii), dojazd dla wózka widłowego lub paletowego oraz miejsce na przenośnik wejściowy. Podawanie jednostek wymaga przenośnika z bazowaniem, czujnika obecności i najczęściej ogranicznika ustalającego pozycję jednostki przed pobraniem; bez powtarzalnej pozycji pobrania powtarzalność robota traci znaczenie. Owijarka i etykieciarka stanowią kolejne elementy linii i mogą zostać włączone w ten sam układ sterowania.

Bezpieczeństwo stanowiska opiera się na wygrodzeniu z ryglowanymi drzwiami oraz kurtynach świetlnych lub skanerach laserowych chroniących strefę wymiany palety; ponieważ do strefy palety można wejść całym ciałem, wznowienie pracy po przerwaniu kurtyny wymaga ręcznego resetu z miejsca, z którego widać całą strefę, albo skanera wykrywającego obecność osoby. Jeżeli robot ma pracować na drugiej pozycji palety podczas wymiany pierwszej, układ bezpieczeństwa musi ograniczać przestrzeń jego ruchu do pozycji zamkniętej — przez bezpieczne monitorowanie stref w kontrolerze robota lub w sterowniku bezpieczeństwa, z osobnym urządzeniem ochronnym dla każdej pozycji; bez takiej funkcji robot musi zostać zatrzymany na czas każdej wymiany. Funkcje bezpieczeństwa mogą być realizowane przez przekaźnik bezpieczeństwa lub sterownik bezpieczeństwa, pod warunkiem osiągnięcia wymaganego poziomu zapewnienia bezpieczeństwa (dla stanowisk zrobotyzowanych typowo PL d, kat. 3 wg PN-EN ISO 13849-1 i PN-EN ISO 10218-1, o ile ocena ryzyka nie wskaże inaczej), w tym za pośrednictwem sieci przemysłowej (PROFIsafe, CIP Safety, FSoE) — ograniczenie do obwodu przewodowego nie jest wymogiem normatywnym. Dobór rozwiązania należy do integratora; dla zamawiającego istotne jest, że układ bezpieczeństwa wchodzi w zakres oceny ryzyka, dokumentacji i oznakowania CE stanowiska. Zatrzymanie awaryjne zgodne z PN-EN ISO 13850 wymaga ręcznego przycisku grzybkowego z blokadą i wymuszonym rozwarciem styków; funkcji tej nie spełnia przycisk na ekranie dotykowym. PN-EN ISO 10218-1/-2 obowiązuje dla każdego stanowiska zrobotyzowanego niezależnie od typu robota; dla pracy współbieżnej z człowiekiem stosuje się dodatkowo specyfikację techniczną ISO/TS 15066 określającą dopuszczalne siły i naciski — tryb współpracy wynika z oceny ryzyka konkretnego zastosowania, nie z samego typu robota.

Od 20 stycznia 2027 r. rozporządzenie (UE) 2023/1230 zastępuje dyrektywę maszynową 2006/42/WE; o tym, który akt ma zastosowanie, decyduje data oddania stanowiska do użytku, więc przy 3–6-miesięcznym czasie realizacji projekty zamawiane w drugiej połowie 2026 r. należy od razu prowadzić według rozporządzenia. Dodanie robota do istniejącej linii należy ocenić pod kątem istotnej modyfikacji, przy czym kryterium stanowi zmiana ryzyka, a nie wzrost wydajności. Zakres prac integratora w tym obszarze — od oceny ryzyka po dokumentację — opisano na stronie usługi robotyzacja i automatyzacja stanowisk.

Składniki ceny stanowiska paletyzującego

Koszt stanowiska zrobotyzowanego, w tym paletyzującego, mieści się w przedziale 150–500 tys. zł netto. Na cenę składają się: robot z kontrolerem, chwytak (często projektowany indywidualnie), przenośniki wejściowe i bazowanie, wygrodzenie wraz z układem bezpieczeństwa, sterowanie i integracja z istniejącą linią, zaprogramowanie schematów paletyzacji dla wszystkich formatów, dokumentacja techniczna i oznakowanie CE, a także uruchomienie i szkolenie obsługi. Dolna część przedziału odpowiada zazwyczaj stanowiskom z jedną pozycją palety, jednym formatem i prostym chwytakiem; górna — stanowiskom wieloformatowym z dwiema pozycjami palet, owijarką i rozbudowanym układem bezpieczeństwa.

Czas realizacji stanowiska zrobotyzowanego wynosi 3–6 miesięcy od podpisania umowy do odbioru. Okres zwrotu z inwestycji wynosi zazwyczaj 12–36 miesięcy; dla dobrze dobranego pierwszego projektu, obejmującego operację o największym obciążeniu i najwyższej powtarzalności, realny jest okres 12–24 miesięcy. O miejscu w tym przedziale decyduje przede wszystkim liczba zmian i liczba etatów przy paletyzacji, które robot przejmuje: przy pracy trzyzmianowej zwrot wypada bliżej dolnej granicy, przy jednej zmianie i jednej osobie — bliżej górnej lub poza nią. Pełne zestawienie składników kosztu i metodę liczenia zwrotu przedstawiono we wpisie Ile kosztuje automatyzacja linii produkcyjnej.

Sytuacje, w których robot paletyzujący nie znajduje uzasadnienia

Robotyzacja końcówki linii nie jest celem samym w sobie. Należy rozważyć rezygnację z robota lub odłożenie decyzji, gdy występuje co najmniej jedna z poniższych okoliczności:

• bardzo niska powtarzalność jednostek — różne wymiary, masy i opakowania w ramach jednej zmiany, bez możliwości ich pogrupowania;
• częste zmiany formatu bez czasu na przezbrojenie — schemat generuje się dziś w oprogramowaniu w minuty, lecz jeżeli formaty wymagają różnych chwytaków lub innego bazowania, przezbrojenie zajmuje czas i pochłania zysk z robotyzacji;
• brak miejsca na strefę palet i dojazd — wygrodzenie, pozycje palet i przenośnik zajmują powierzchnię, której nie można pozyskać kosztem ciągów komunikacyjnych;
• jednostki o niestabilnej geometrii — luźno wypełnione worki o zmiennym kształcie stanowią wyzwanie zarówno dla chwytaka, jak i dla stabilności palety;
• niski wolumen — jeżeli paletyzacja zajmuje pracownikowi ułamek zmiany, zwrot z inwestycji wykracza poza akceptowalny horyzont.

W takich przypadkach alternatywą bywa półautomat (50–150 tys. zł; np. manipulator podciśnieniowy, którym pracownik prowadzi karton bez dźwigania jego masy, albo stanowisko z podnośnikiem palety utrzymującym stałą wysokość odkładania — skalę efektu pokazuje półautomat montażu głowicy golarki: trzykrotny wzrost wydajności przy zerowej liczbie braków) lub reorganizacja stanowiska ręcznego z podnośnikiem i stołem obrotowym. Kolejność działań przy pierwszym projekcie automatyzacji omówiono we wpisie Automatyzacja produkcji — od czego zacząć.

Pytania i odpowiedzi

Czy robot paletyzujący zawsze wymaga wygrodzenia?

Nie zawsze. W praktyce paletyzacyjnej roboty 4- i 6-osiowe pracują za pełnym wygrodzeniem z ryglowanymi drzwiami, a strefa wymiany palety jest chroniona kurtyną świetlną lub skanerem; normatywnie wymagane jest zabezpieczenie całej strefy ruchu robota, a rozwiązania bez ogrodzenia (monitorowanie prędkości i odległości skanerami) są dopuszczalne, lecz przy typowych masach jednostek i prędkościach rzadko przechodzą ocenę ryzyka. Coboty mogą pracować z ograniczonym wygrodzeniem, lecz wyłącznie po ocenie ryzyka według PN-EN ISO 10218 i ISO/TS 15066; przy większych masach jednostek i prędkościach ocena ta często prowadzi do wygrodzenia przynajmniej części strefy. Współpraca z człowiekiem nie wynika z typu robota, lecz z wyniku oceny ryzyka konkretnego zastosowania.

Jaki udźwig robota jest potrzebny do paletyzacji kartonów o masie 15 kg?

W praktyce co najmniej klasa udźwigu 20 kg przy pojedynczym pobraniu i lekkim chwytaku; pobieranie dwóch kartonów naraz (30 kg plus chwytak) wymaga wyższej klasy. Udźwig należy liczyć łącznie z chwytakiem. Chwytak podciśnieniowy z ramą i generatorem próżni może ważyć kilka kilogramów, a przy pobieraniu dwóch kartonów jednocześnie obciążenie rośnie do 30 kg plus masa chwytaka. Robot o udźwigu nominalnym 20 kg obsłuży zatem pojedyncze kartony 15 kg wyłącznie z lekkim chwytakiem, a rzeczywisty udźwig zależy dodatkowo od położenia środka ciężkości ładunku względem kołnierza robota (miejsca mocowania chwytaka); pobieranie wielokrotne wymaga wyższej klasy udźwigu. Zaleca się pozostawienie marginesu na przyszłe formaty.

Ile trwa wdrożenie stanowiska paletyzującego?

Realizacja stanowiska zrobotyzowanego trwa 3–6 miesięcy od podpisania umowy do odbioru. Etapy obejmują oględziny i analizę linii, projekt koncepcyjny, dobór i próby chwytaka, montaż, integrację ze sterowaniem linii, odbiór i szkolenie obsługi. Wycena przygotowywana jest w 48 godzin od oględzin, a projekty realizowane są w całej Polsce.

Czy dołożenie robota do istniejącej linii wymaga ponownej oceny zgodności?

Z reguły tak. Kryterium istotnej modyfikacji stanowi zmiana ryzyka, nie wzrost wydajności. Robot wprowadza nowe zagrożenia — strefę ruchu, możliwość zgniecenia, nowe interfejsy z linią — dlatego ocena zgodności jest z reguły konieczna co najmniej w zakresie nowego stanowiska i jego połączeń z istniejącą linią; zakres oceny dla pozostałej części linii zależy od wyniku analizy istotnej modyfikacji. Od 20 stycznia 2027 r. podstawą jest rozporządzenie (UE) 2023/1230; ocena ryzyka, dokumentacja i oznakowanie CE nowego stanowiska oraz jego połączeń z linią należą do zakresu prac integratora; odpowiedzialność za pozostałą część linii zależy od umowy i wyniku analizy istotnej modyfikacji — podmiot, który dokonuje istotnej modyfikacji, przejmuje obowiązki producenta zmodyfikowanej maszyny.

Czy cobot nadaje się do paletyzacji w małym zakładzie?

Tak, przy lekkich jednostkach i umiarkowanym takcie. Coboty Fairino FR10 i FR20, z którymi Automation pracuje, mają udźwig odpowiednio 10 i 20 kg, od którego należy odjąć masę chwytaka. Cobot zazwyczaj nie przewyższa pracownika prędkością pojedynczego ruchu; jego zaletą jest stałość wydajności przez całą zmianę i kompaktowa zabudowa. Stanowisko z cobotem wymaga jednak oceny ryzyka jak każde inne stanowisko zrobotyzowane.

Wycena

Jeśli rozważasz paletyzację robotem w swoim zakładzie, zacznij od oględzin linii. Na oględziny warto przygotować: listę formatów z masą i wymiarami jednostek, schematy ułożenia palet, wolumen na zmianę i liczbę zmian, szkic lub zdjęcia miejsca przy końcu linii oraz informację o dostępnych mediach (sprężone powietrze, zasilanie). Automation Dariusz Kulik to integrator automatyki przemysłowej z Białegostoku, od 15 lat realizujący projekty w całej Polsce. Wycenę otrzymasz w 48 godzin od oględzin. Zadzwoń pod numer +48 796 019 414, napisz na biuro@automation.net.pl lub wypełnij formularz kontaktowy.