Las instalaciones del gigante de los cosméticos Mary Kay en Lewisville, Texas, contienen 20 líneas de empaque que sirven a toda la gama de productos cosméticos de la compañía, desde cremas y lociones hasta colonias y lápices labiales.
El veterano de equipos de la industria George Bode, ahora gerente de ingeniería corporativa, se unió a la compañía en 2016 con más de dos décadas de experiencia en cosméticos en L'Oreal en su haber. Una de sus primeras asignaciones en 2018 fue abrir la entonces nueva operación totalmente nueva de Lewisville y trasladar una base instalada profunda de equipos de empaque a las instalaciones.
Pero a medida que el equipo fue transportado y reacondicionado en la nueva ubicación, una línea de tubos y cajas para productos de rímel y bálsamo labial tenía notablemente poca sofisticación de automatización en comparación con otras. El rímel en particular es más difícil de automatizar que la mayoría de los otros tubos; más adelante explicaremos por qué.
Con solo una llenadora y algo de transporte, las operaciones de envasado de rímel en las instalaciones habían sido bastante manuales hasta 2022, lo que requería de 12 a 14 operadores en tres turnos diferentes para mantener la línea en funcionamiento. La empresa lo hizo funcionar con el poder de la gente durante algunos años, pero el personal comenzó a escasear y se necesitaron agencias temporales. Cuando llegó la pandemia, la operación que requería mucha mano de obra se volvió insostenible: gestionar de 36 a 42 trabajadores temporales durante la COVID-19 fue un trabajo pesado. Bode vio la automatización como una forma de sacar a la empresa de una interminable rutina de contratación, capacitación, recontratación y reentrenamiento.
La escasez y la rotación no fueron los únicos problemas laborales; el costo de la mano de obra también estaba aumentando. Los precios de los servicios temporales se dispararon durante la pandemia, lo que hizo que se tomara la decisión de automatizar un problema matemático simple basado en el retorno de la inversión. El departamento de finanzas proporcionó a Bode las horas temporales empleadas en lo que va del año en la línea de rímel, específicamente en el equipo de llenado. Un simple análisis de costo-beneficio reveló una rápida recuperación de la inversión de la automatización, potencialmente dos años o menos.
"Ese fue el punto de inflexión", dice Bode. "Esta [línea de rímel y bálsamo labial de verano de 2023] es la primera línea de empaque nueva que hemos creado desde 2015 o 2016".
Cepillo, varita y tapa ingresan al monobloque de llenado y cerrado.
Conjunto de necesidades de equipos en la línea de empacado de pestañina
La línea de rímel necesitaría acomodar de seis a ocho formatos diferentes de empaque primario y secundario, todos en tubos de 4 g a 8 g y en cajas de cartón de 2,5 a 4 pulgadas de alto. Puede parecer una cantidad modesta de formatos, pero cada uno de los ocho viene en docenas de “sabores” diferentes (fórmulas, colores, viscosidades). Eso genera muchos SKU y, a su vez, muchos cambios.
La frecuencia de los cambios en la línea de rímel precipitaría un alejamiento de la actual y altamente sofisticada actitud de Mary Kay hacia la automatización. Otros proyectos recientes de líneas de envasado consistieron en máquinas de movimiento continuo que operaban desde 120 hasta 150 piezas/min. Pero por varias razones, ese nivel de automatización parecía poco realista para la línea de rímel.
Las tapas individuales listas para ser apretadas en las botellas llenas.
En primer lugar, el equipo en sí era casi tan costoso como la mano de obra, lo que reducía el favorable plazo de recuperación de la inversión. Para obtener el retorno de la inversión y la recuperación que buscaban, la compañía esperaba obtener aproximadamente la mitad o incluso un tercio del costo de sus líneas continuas de alta velocidad.
Además de eso, el personal de operaciones de Lewisville nunca ha estado altamente capacitado técnicamente; pocos grupos de operaciones contienen mecánicos o ingenieros. En ese entorno laboral, los cambios en equipos sofisticados toman tiempo, ya que lleva más tiempo depurar las máquinas entre ejecuciones y más tiempo para aumentarlas a velocidades operativas.
Entonces, en lugar del equipo de movimiento continuo más rápido, "tratamos de mantenernos dentro de ese rango de 50 a 60 piezas/min con equipo intermitente", dice Bode. “Es menos sofisticado que las líneas continuas. Por supuesto, es equipo de sonido: todo es servo, incluidos los comederos. Pero la diferencia es que, en primer lugar, son comederos, a diferencia de robótica guiada por visión. Pero la compensación no es sólo el precio, sino que también significa que es mucho más fácil cambiar. Una gran razón que es importante para nosotros es que tenemos muchas SKU y muchas órdenes de trabajo más pequeñas”.
Una rueda estrellada orienta los tubos para el llenado.
En general, 80 piezas/min es el punto de inflexión entre equipos intermitentes y continuos para líneas de tubos y cartón como la que buscaba Bode. Basado en su preferencia por un sistema intermitente, ese era el límite de velocidad.
Además, como ocurre en todo el sector de la cosmética, era necesario un manejo cuidadoso. Se trata de productos de prestigio que utilizan envases elegantes y lujosos en muchos casos. Los tubos rayados o las tintas manchadas son puntos delicados para los fabricantes de cosméticos. Específicamente para el rímel, el equipo que dobla el cepillo de aplicación y la varilla es un factor decisivo.
Otros requisitos para los equipos nuevos incluían una velocidad mínima para justificar la automatización en primer lugar y una reducción de la fuerza laboral; ambas variables en la ecuación podrían generar una recuperación de dos años. Bode iba a tener que enhebrar una aguja entre sofisticación, flexibilidad, velocidad y facilidad de uso.
Selección de proveedores para el empacado de rímel de Mary Kay
Con estas limitaciones en mente, Bode y su equipo se propusieron encontrar el equipo que cubriera los requisitos. Richard Talbot, conocido desde hace mucho tiempo y representante local de PallayPack, de Equip-Pak, sugirió TGM, un fabricante italiano conocido por operar en el sector de cosméticos. Eso llevó a Bode a otro conocido, PallayPack, un fabricante de equipo original que sirve como oficina norteamericana para TGM junto con varios otros proveedores de equipos globales.
"Tengo la política de no construir nada que pueda comprar", dice Louis Pallay, presidente de PallayPack. “Todo lo que construimos, desde líneas de gomitas hasta equipos de llenado de viales y fabricación de vacunas, se construye en Montreal. Pero para nuestra cliente Mary Kay, para esta aplicación específica, incorporar TGM fue la elección correcta”.
Llenado rotativo de los tubos de pestañina.
Bode y Brandon Polyniak, gerente de confiabilidad de Mary Kay, viajaron a PallayPack en Montreal y a TGM en Italia para conocer las pruebas de aceptación de fábrica de las líneas de tubos integrados de otros fabricantes de productos empacados. Ver las líneas completas en acción selló el trato para Bode.
Línea de empaque construida específicamente entre varias partes
La asociación entre el fabricante de equipo original, el integrador y el propietario de marca funcionó de la siguiente manera. PallayPack le pidió a Mary Kay un documento de requisitos de usuario (URS) muy específico para trabajar. Con base en esos requisitos, TGM entregaría una línea llave en mano compuesta principalmente por equipos TGM. Una vez firmada la confidencialidad, Mary Kay escribiría todas las órdenes de compra a PallayPack. La empresa se encargó de importar la maquinaria, pedir repuestos y enviar técnicos de servicio a América del Norte, "aunque todavía no hemos necesitado mucho servicio", dice Bode. En particular, Mary Kay solicitó que se instalara un módem en el sistema para acceso remoto desde lejos, lo que ayudó enormemente en la resolución de problemas.
La prueba de aceptación de fábrica para la línea especialmente diseñada por Mary Kay, llevada a cabo en las instalaciones de TGM en Italia, mostró la línea completamente intacta: no fue necesario atornillar ningún otro equipo en los Estados Unidos ni agregarlo poco a poco. La prueba se realizó con ocho productos diferentes, duró cinco días y fue aprobada en el primer intento. Bode dice que esta prueba de aceptación de fábrica optimizada contribuyó a un SAT rápido y a una instalación rápida de 28 días.
"Desde el momento en que el equipo llegó al muelle, lo desempacamos, lo instalamos, lo encendimos y luego llegó TGM, configuramos todo, lo depuramos y estábamos ejecutando productos terminados en ese período de 28 días".
"PallayPack y TGM trabajaron estrechamente con nosotros para asegurarnos de que obtuviéramos lo que queríamos", añade Polyniak. “Fue cuidadoso al asegurarse de que obtuviéramos exactamente lo que necesitábamos, sabiendo cuáles eran nuestros requisitos y que la línea fuera llave en mano. Teníamos algunas opciones determinadas que queríamos mantener estandarizadas, como las impresoras de inyección de tinta, por ejemplo, porque eso es con lo que nuestra gente está familiarizada, y se adaptaron a eso... Fue agradable ir a un lugar para calificar este equipo”.
"Aunque su coste, en relación con el proyecto, es considerablemente menor que el de algunas de las opciones de movimiento continuo, se trata de un equipo de primer nivel", añade Bode. “Están utilizando componentes, controles y sistemas neumáticos de Omron y Festo, tenemos administración de contraseñas y recetas, todos los módulos se comunican de un lado a otro (arrancar, detener y ajustar) y es muy bien armado. Desde que estamos en funcionamiento, durante los últimos cinco o seis meses, tenemos un promedio de tiempo de actividad del 60 % al 70 % incluso con los cambios frecuentes. Y a veces lo estamos haciendo mucho mejor que eso”.
Controladores servo en el sistema
Según Pallay, que recuerda a Bode que la máquina está especificada para 50 piezas/min, no de 50 a 60, podría ser demasiado eficiente. Habló de haber visto cifras de OEE del 100% en su última visita a la ubicación de Lewisville.
“¿Cómo se consigue una línea que funcione al 100 % de OEE? Compras una línea que se supone que funciona a 50 por minuto y la operas a 55 por minuto”, bromea Pallay. "Esa fue una de las cosas que les pedimos que no hicieran, pero están alcanzando cifras récord de productividad".
No perderse en el desempeño del equipo o la eficiencia ha sido el conteo de trabajadores temporales que evitó. La producción de rímel en la antigua línea de llenado requería entre 12 y 14 personas. La nueva línea automatizada sólo necesita dos operadores.
Construcción única del tubo de rímel de Mary Kay
Envasar rímel es más complejo que llenar y cerrar la mayoría de los demás productos cosméticos en tubo. Al igual que otros tubos, como los bálsamos labiales que también se encuentran en esta línea, el empaque primario de una máscara de pestañas consta de dos elementos. La mitad del envase es un tubo que actúa como un recipiente para contener el producto líquido algo viscoso. En la otra mitad del empaque hay una tapa o cierre que está roscado o fijado de otra manera sobre el tubo, muy por debajo para contener el producto en su interior.
Pero en el caso del rímel, un cepillo en el extremo de una varilla está fijado al interior del cierre en forma de tubo, unido bajo la parte superior del cierre circular y que se extiende hacia abajo por el centro del cierre cilíndrico, sobresaliendo más allá del collar del cierre. Los consumidores utilizan este cepillo para aplicar el rímel. El cepillo y la varilla se extienden tanto más allá del collar de cierre que, cuando se cierra la tapa sobre el tubo justo después del llenado, el cepillo se sumerge profundamente en el producto debajo del cierre. Esto significa que el cepillo se carga con el producto de rímel viscoso cuando se cierra por primera vez después del llenado, y nuevamente cada vez que un consumidor desenrosca la tapa y aplica el rímel.
A los tubos de rímel ensamblados se les hace control del peso inmediatamente sobre la salida del bloque de llenado.
“De hecho, tenemos otra máquina de rímel de años anteriores, pero no podemos usarla en esta gama de productos en particular. Y hay una razón para ello”, dice Bode. “El cepillo que va dentro del rímel es una delicada fibra de silicona y no funcionaría correctamente en la otra máquina automatizada; de ahí que hasta hace poco esta operación fuera más manual. PallayPack y TGM miraron el cepillo y dijeron: 'no hay problema'”, agrega.
El recipiente tubular que actúa como producto también tiene su propia característica única: una válvula llamada limpiador que se inserta en el cuello del tubo después del llenado, pero antes de cerrarlo con el cepillo y el cierre. Este limpiador controla cuidadosamente la cantidad de producto que se permite salir bien del cepillo. Cuando el consumidor abre el tubo, el dispositivo limpia suavemente el exceso de producto del cepillo mientras se desliza hacia arriba a través del cuello y se retira del pozo. La válvula limpiadora garantiza que la dosificación del producto sea constante para el consumidor, uso tras uso.
Con todo, el empaque del rímel tiene algunos componentes adicionales que el bálsamo o el brillo labial no tienen, lo que dificulta la automatización.
La nueva línea de envasado
La nueva línea de rímel comienza con dos tazones alimentadores a granel TGM, cada uno de los cuales alimenta una llenadora marca TGM. Cada alimentador introduce la mitad de la combinación de tubo y cierre en el módulo de llenado.
La primera tolva a la derecha de la llenadora introduce los tubos vacíos que se van a llenar con producto de rímel. Desde un transportador inclinado de 45 grados, la tolva alimenta los tubos vacíos a un recipiente alimentador vibratorio de Bonino Group que clasifica y coloca los tubos en una sola fila en un transportador que los lleva horizontalmente al llenador. El tubo podría orientarse con el cuello o con el talón. Allí, una rueda estrellada de ocho ranuras acepta la alimentación continua de tubos y los indexa, orientándolos verticalmente en un llenador rotativo servointermitente.
La rueda estrellada tiene una forma elegante de girar el tubo de horizontal a vertical que nunca se atasca”, dice Bode. “Hay una aguja, y si ella puede entrar en el cuello del tubo, se deja caer en una dirección. Si el pasador golpea el fondo del tubo en lugar del cuello, lo deja caer hacia el otro lado. Pero, de cualquier manera, el cuello siempre está orientado en posición vertical al ingresar a la mesa del dial de llenado, y los sensores también verifican la presencia y orientación del tubo”.
La mesa de dial en el llenador es un sistema de 16 discos que entrega tubos de manera intermitente a una boquilla de llenado que dosifica con precisión la fórmula del producto en los tubos. En paralelo, y dentro del recinto de llenado, un clasificador archiva individualmente las características del limpiador y las introduce de forma intermitente en otra rueda estrellada, indexándolas para su aplicación. Un brazo servocon con pinza neumática recoge los limpiaparabrisas de la rueda y los aplica a los cuellos de los tubos, inmediatamente después del llenado, mientras todavía descansan en su respectivo disco sobre la mesa de dial.
"Muchas líneas tienen discos que transportan estos productos, especialmente un producto cilíndrico alto", dice Bode. "Los únicos discos relacionados con esta línea están dentro de la llenadora, en realidad en la mesa de dial que hace girar las botellas vacías para llenarlas y agregar el limpiador", añade.
Simultánamente, otra tolva y un transportador inclinado de 45 grados alimentan las sensibles construcciones de cierre de tapa, varilla y cepillo a otro recipiente alimentador vibratorio. Allí, los cierres están orientados verticalmente, con la varilla y el cepillo colgando debajo del transportador que sujeta y sostiene las tapas en forma de tubo. Otro brazo servo recoge intermitentemente cada cierre y cepillo, y los orienta sobre el tubo lleno con un limpiador. El cepillo y la varilla se sumergen en el tubo a través de la válvula limpiadora y el cierre se aprieta sobre el envase para completar las operaciones de envasado primario. Un mandril autoajustable varía el torque según el estilo de cierre entre diferentes SKU. Hasta ahora, todas las operaciones, desde los tazones de alimentación hasta el llenado y el cierre, están controladas por una única HMI en el módulo de llenado.
Extraído de literatura o folletos de una revista (arriba a la derecha) y luego, usando correas, se disparan (esquina inferior izquierda) a una posición entre los tubos y las cajas de cartón montadas. Cuando un empujador impulsa el tubo dentro de la caja, el folleto lo acompaña, envolviendo el tubo completamente dentro de la caja.
Al salir de la llenadora, los tubos cerrados se orientan de extremo a extremo (a lo largo) descansando horizontalmente sobre el transportador con el cierre hacia adelante. Esta única fila de tubos de un extremo a otro se introduce luego en una controladora de peso de Mettler-Toledo. El dispositivo verifica el peso de cada tubo, rechaza excepciones según sea necesario por peso insuficiente o excesivo y monitorea un promedio estadístico móvil de 20 tubos. Si el peso promedio comienza a alejarse de la línea central (digamos, de 8 ga 8,1 g), envía esa información al relleno TGM. Luego, la llenadora ajusta su salida para que el volumen de llenado.
Tres brazos robóticos servo-basados en línea recogen y colocan simultáneamente tubos individuales
"La industria cosmética es muy propensa a sobrellenar y regalar fórmulas", dice Bode. “Si bien no son tan caras como, por ejemplo, las vacunas, sigue siendo bastante caro regalarlas. La controladora de peso ha sido una verdadera ventaja al evitar que regalemos fórmula extra”.
La dirección de desplazamiento de los tubos de rímel hace un giro abrupto de 90 grados hacia la derecha en una unidad de transferencia TGM. En este giro brusco, la orientación de los tubos entre sí, o los tubos de rímel anteriores y posteriores, se cambia a uno al lado del otro, con los extremos circulares del tubo (cara y talón) mirando hacia afuera, en lugar de de extremo a extremo. Allí, ingresan a una etiquetadora con ambas capacidades de codificación por inyección de tinta de E-Packaging. Se aplican pequeñas etiquetas en forma de círculo al talón circular plano de cada tubo; estas podrían ser etiquetas preimpresas o etiquetas en blanco en espera de codificación y marcado en el chorro de tinta o el chorro láser, según las necesidades del día. Cada tubo de rímel Mary Kay recibe un código en el talón; ya sea una etiqueta autoadhesiva preimpresa o un código de inyección de tinta impreso en una etiqueta en blanco.
Las operaciones de estuchado siguen al etiquetado. Tres brazos robóticos servo-basados en línea recogen y colocan simultáneamente tubos individuales en los cubos de alimentación de la estuchadora TGM en espera en el momento en que se dan la mano entre la etiquetadora y la estuchadora. Mientras tanto, dentro de la estuchadora, un brazo servo recoge cartones planos, impresos y preencolados en 2D de un cargador y los erige. Los panfletos (Mary Kay se refiere a ellos como literatura) se sacan de otra revista y las correas los disparan hasta una posición de espera estacionaria entre la caja y el tubo. Cuando el tubo se empuja dentro de la caja abierta, golpea el centro de la literatura, que se dobla alrededor del tubo y viaja con él hacia la cavidad de la caja.
Codificación de la caja con codificador láser.
“La forma en que esta máquina maneja la inserción de literatura es completamente diferente a cualquier estuchadora que haya visto”, dice Polyniak. “Por lo general, se indexa la literatura con el tubo o el frasco y se utiliza un clip para sujetarlos mientras se introducen en la caja. Hay mucho movimiento y la literatura puede desorientarse. Esto fue realmente único y me vendió el equipo allí mismo”.
Las solapas inferiores de la caja de cartón se cierran mecánicamente con lengüetas de bloqueo en lugar de con adhesivo, y los tubos de rímel se empujan hacia el interior de las cajas abiertas, que a continuación se cierran de manera similar.
La codificación láser se usa para lograr una alta calidad de impresión
Luego, las cajas se codifican con láser en una impresora láser Hitachi. La codificación láser se utiliza para lograr una alta calidad de impresión y limpieza en comparación con los métodos de inyección de tinta. Esta práctica reduce la tinta como insumo y garantiza cajas más limpias. Además, muchas de las cajas tienen un acabado brillante y resbaladizo que no acepta la tinta tan fácilmente; la tinta se puede limpiar antes de secar. Las cajas están codificadas con información de lote y fecha en la solapa de cierre de la caja.
Después de la codificación, las cajas dan otro giro de 90 grados hacia la derecha, esta vez manteniendo su orientación de lado a lado. Se acumulan en esta orientación hasta que una fotocélula de Keyence reconoce una capa de 24 cuentas. La capa completa de 24 hilos luego se baja para acomodar otra capa de 24 hilos, que será empujada encima de la capa anterior en una operación de apilamiento hacia abajo.
La primera capa de 24 tubos de rímel en cajas cae para dejar espacio a la segunda capa. Una vez que se agrega la décima capa, se forma un bloque cúbico de 240 ct.
"Has visto empacadoras de cajas que se apilan arriba, pero en realidad se apilan abajo", dice Bode. “Literalmente dejas que la gravedad trabaje para ti en lugar de intentar empujar hacia arriba. Casi nunca tenemos un problema”, agrega.
Después de apilar 10 capas, se orienta un cubo de cajas de 24 por 10, o 240 unidades, para el embalaje de carga lateral en cajas de cartón corrugado. Las cajas se montan mediante brazos robóticos con servomotores, y la parte inferior se cierra primero con cinta adhesiva. Luego se empuja el cubo de producto de 240 unidades y se carga lateralmente en la caja de cartón corrugado que se encuentra en espera.
El cubo de 240 ct de tubos de rímel en cartón se empuja o se carga lateralmente en una caja formada en espera.
Con velocidades de alrededor de 50 piezas por minuto en una caja de 240 unidades, cada caja sale de la línea a un ritmo de aproximadamente una cada cinco minutos, por lo que no es necesario el paletizado automático, que se realiza manualmente.
¿Qué sigue en las líneas de envasado de rímel de Mary Kay?
No siempre ocurre que ralentizar una línea de envasado conduzca a una mayor productividad, pero en la era de la proliferación de SKU y los cambios frecuentes, hay lugar para ello.
El empaque de cajas de carga lateral ocurre después de que se levanta la caja y se cierran las solapas inferiores. Una vez empacadas con 240 cajas, las solapas superiores se cierran y las cajas terminadas salen de la línea. El paletizado es manual a este ritmo. El embalaje de cajas de carga lateral se produce después de que se erige la caja y se cierran las solapas inferiores. Una vez empacadas con 240 cajas, las solapas superiores se cierran y las cajas terminadas salen de la línea. El paletizado es manual a este ritmo.
"Esta es la dirección en la que vamos", dice Bode. “De hecho, tenemos otra línea que comenzará a finales de este año y la adquiriremos con las mismas empresas porque nos gustan sus equipos. Y nos mantendremos dentro de esos rangos de velocidad más lentos, con movimientos intermitentes por debajo de 80 piezas por minuto. Nos quedaremos con el equipo de indexación porque nos ha funcionado muy bien”, añade.
En cuanto al rimel de pestañas existente, Polyniak también está impresionado. "Se nota que pensaron mucho en cómo funciona todo y prestaron atención a los detalles", dijo.
