【 · 原创: hayek 2009-04-23 10:36 只看该作者(-1) 】
解读“K杯”咖啡生产线

信息来源： 2007-3-16 13:17:21

美国Keurig公司的创始人曾反问自己：“为什么一次要冲一壶咖啡呢？我每次只喝一杯而已。”这一想法促使他发明了Keurig K-cup（以下称K杯）包装。

K杯是一款外貌像杯子一样的容器，采用铝箔盖封口，杯内焊缝了一片V形或凹形滤纸，咖啡就装在滤纸与杯口连接形成的空间中。为与K杯这种包装形式相配套，Keurig公司开发出专门的单杯冲咖啡机，将K杯置于咖啡机内，一分钟后，一杯香腾腾的咖啡就出现在你的面前——不用磨咖啡豆，不用称量，不用清洗，杯底无残渣，每次正好冲一杯，而且从来不用掂量是否放多了还是放少了料，冲咖啡从此不再麻烦。K杯包装的咖啡产品不便宜，25个K杯装Keurig咖啡卖12美元，合40多美分一杯，咖啡机也需100多美元。但是对于真正的咖啡爱好者来说，他们要的是方便和质量，而K杯装咖啡完全能满足这个需求。
事实证明，GMCR公司此次收购非常成功。随着市场对K杯咖啡需求快速增长，GMCR公司现有生产线开始吃紧，迫切需要扩大生产能力。
为此，GMCR公司耗资340万美元，购置了两条新生产线，这看上去是一宗冒险的交易，但GMCR公司的工程总监詹森·金却认为这是必要的，他说：“增长率是明摆着的。用K杯包装的咖啡都已经卖出去了，机器一安装好就具备了生产能力，它起作用了，我们的冒险得到了回报。”事实确实如此，新生产线投产后不到两个月，GMCR就收回了投资。
在这个新生产线项目中， GMCR公司向我们证明，合适的团队能缩短启动曲线，同时提高收益率。而这条生产线也因此获得了美国PMT杂志所评选的“PMT2006年度包装生产线”。
困难
在这个项目启动前，金就已经制定了目标。“新生产线安装要更快，更高效，安装的时候能尽量配合工厂车间的环境，另外最重要的就是能适应工厂的高速、大批量生产，也就是说新生产线正常运行时间要更长。”金说。
GMCR公司沃特伯里工厂的地面空间有限，无力安置更多的现有类型生产线，而扩大厂房又来不及。于是，GMCR公司想到了老合作伙伴——依阿华州达文波特的包装技术公司。这个新项目是要设计两条包装生产线并且将他们集成在一起，用来生产K杯装咖啡，这将考验供应商的创新和集成能力。GMCR公司要求：厂房能容纳这两条新线，同时速度要是现有生产线的两倍，另外，以前全部由手工完成的后段生产，如今要全部实现自动化。包装技术公司（Packaging Technologies）鼓励所有供应商积极参与讨论，通过多方努力，最终完成的生产线满足了GMCR公司的要求。

团队
包装技术公司的销售和市场副总裁汤姆·里金斯说：“我们聚集了一个供应商团队，他们都拥有创造性的思维，都愿与项目齐头并进，直到项目成功。”
“我们开过很多面对面的会议，基于已有技术，我们为GMCR公司制造了这条生产线，”里金斯说：“在安装这条线之前，我们就已经完成了一切测试工作。”
“让这条线成功的关键是所有参与者的精诚合作，”金说：“对我们在正常运行时间和资金上的要求，他们克服障碍，展开坦率公开的交流，真诚的合作和讨论。这种交流方式使这个项目的成功成为可能。”
包装技术公司组织的供应商团队是世界级的：他们是纽约州布鲁尔顿的施奈德包装设备公司（Schneider），威斯康星州斯特蒂文特的Spee-Dee包装机械公司，明尼苏达州明尼阿波利斯的热电集团（Thermo Electron），麻省索格斯的Snyder机器公司和新罕布什尔州基恩的马肯集团（Markem）。

生产线
GMCR公司旧生产线上主要的设备是四通道、多功能嵌入式K-140机，它的生产工序是先将一片滤纸插入并且焊接到杯内，再注入氮气，以净化杯子内部，接着充填咖啡，在杯顶放一片铝箔盖，焊缝好后，再将杯子卸到传送机上。
在这个新项目中，由于GMCR公司要求产量翻番，包装集束公司对K140进行了改进，将四道改成了八道，而且只占了一小块空间，改进后的机器被命名为K-280系列。

分度机
新K-280生产线从分度机开始，它将预成型容器传输到机器的工作台，配发到一个有八个通道的杯子料仓，料仓将杯子喂给自动分离嵌套机，机器将杯子分离嵌套好后，一台特殊的凹形滤纸传递系统将一片凹形滤纸插入到杯子中。这个系统集成了由Snyder Machine公司提供的滤纸成型机。

滤纸成型机
这款凹形滤纸是GMCR公司新设计的，虽然凹形滤纸冲出的咖啡质量更高，但是凹形滤纸的切割会比较困难。Snyder Machine公司副总裁雷·巴恩斯说：“我们的机器是为能切开30片滤纸而设计的。现在，我们却只需切开一片滤纸，而且不能撕坏滤纸。杰夫·斯威彻尔和GMCR公司给了我们支持， Keurig公司提供了工程援助。在包装技术公司、GMCR公司和我们的共同努力下，我们设计制造出了这款特殊凹形滤纸成型机。”

滤纸填塞
滤纸插入杯子后，杯子进入到滤纸填塞工作台，在这里，机器将滤纸固定到杯内的正确位置，传感工作站进行检测，确保所有的杯子内都有滤纸。之后杯子进入焊接站，滤纸焊缝好后，另一个传感工作站检测滤纸的高度位置和焊缝是否正确。杯子从这里出来，进入到一个氮气充填系统，随后一个机械式杯子抬升工作站将杯子送入充填工作站。

咖啡充填
包装技术公司发现在充填前，K杯的稳定性有问题。里金斯介绍说，包装技术公司先在K-140生产线上进行了测试，之后改良了K-280生产线的充填台，采用了一个稳定杆，使充填前稳定住杯子。
由于新生产线是以K-140生产线为基础而改建的，GMCR公司非常担心由四道改八道是否会出现产品堵塞问题。Spee-Dee包装机械公司总裁吉姆·那文说：“如果咖啡流的直径过小，咖啡会卡住，不再流动。为了解决这个问题，K-280生产线采用了8英寸的横进给。”
一台Spee-Dee公司提供的Model 3500 III Octal Digitronic螺旋式充填机负责充填K杯。这款充填机包括八个低速搅拌器和四个桨叶搅拌器，安装了操作员屏幕，采用罗克韦尔自动化公司的RSView软件，来控制K-280生产线的人机界面，不锈钢漏斗和漏斗罩和高速桨叶搅拌机等部件。
充填机安装在一个滑道上，这使在机器密封结构外进行清洗和维护成为可能。 “这种安装方式利于工人操作，机器的清洁、维护和换活更加容易，这正是GMCR公司所要求的。” 纳文说：“这条生产线的换活相当频繁，从有过敏原到无过敏原，从调味到原味等等。这种滑道设计是一个重大突破，我们其他的机器上也采取了这种设计，提供给其他的行业。”

封口
充填好后，杯子通过一个放置和铝箔盖辗压系统，一个八通道感应热封装置将预模切好的铝箔盖和K杯的杯口焊缝在一起。此焊缝的温度和压力是可控的。

检测
充填和封口好的杯子之后被移送到传送机上，一个废品剔除系统负责剔除没有充填或者是没有密封好的杯子。
传送机将杯子传送一个热电Model AC9rx/SWT称重系统。此系统专为K-280生产线而设计，每分钟能处理300个杯子，具备不同的误差报警级别，监控充填误差保持在+/-0.25克左右，位于0.3克的允许范围内。
为了降低浪费，K-280生产线安装了必要的阀门和程序，如罗克韦尔自动化公司提供的DeviceNet模块，来剔除单个破损K杯，而不是整行Ｋ杯。

后段自动化
新生产线速度的提高，使自动化后段生产成为必要。施奈德包装设备公司提供的一个独特系统是后段的主要组成部分。此系统包括一台撑盒机、一台装盒机、一台撑箱机、一台装箱机、一台诺顿粘贴设备、一台集成贴标机和一台码垛机。为了节省空间，装箱、贴标和码垛都由一个机器人完成。K杯单列进入到装盒系统，机器先将盒子撑开，装杯子，再贴上条码和标签，将盒子传送到装箱系统。然后装箱机撑箱，装载盒子，给箱子贴标，之后诺顿的粘贴系统对箱子进行密封，密封好后，箱子传送到码垛机进行码垛。
此系统中的施奈德旋转装盒机专为K杯量身设计和制造。装盒机采用莫里森容器处理解决方案公司提供的定时螺钉，可在杯子进入装盒工作台之前，控制和提供准确的杯子数量。
“我们采用了旋转动作，而非线性动作，”施奈德公司总裁里克·施奈德说：“GMCR公司要求纸盒里所装的杯子数量要准确，为此，我们集成了莫里森公司的定时螺钉，来控制好杯子间的距离，从而保证盒中所装杯子的数量准确。”同时，由于K杯比较容易聚在一起，不利于装盒，我们还开发了一个推入工作台，来防止装盒问题的产生。”
同时，生产线安装了两台诺顿Pro Blue 10系统。一台用在装盒机上，一台用在装箱机上，使用一种标准包装胶水。公司采用了一个特殊的纸盒盖舌粘合格式，由装盒机的PLC来控制，可将胶水的使用量降到最小，且利于消费者打开纸盒。
施奈德公司将装箱和码垛集成到一个多功能机器人系统中，采用Fanuc机器人美国公司（罗切斯特山，密歇根州）提供的一个机器人来完成装箱和码垛工作。此系统还能给箱子贴标，在系统的触摸屏上，就能够控制标签粘贴到箱子上的目标位置。
“我们还设计了打印工作台，负责打印箱子的两个边和底面，”施奈德说：“贴标机位于此系统的外部，因此标签卷材能实时更换，而不用关闭系统。”
此系统具有足够的积聚时间，当多功能机器人系统上的满载货盘卸下，引入新货盘装载下一批箱子的时候，上游的设备依然能够继续生产。
这条生产线的运行是持续性的。系统运行的时候，依旧能补充箱子和纸盒等耗材。当下游设备停机的时候，或者是按照特殊需要，系统可以让传送机和控制器自动将产品从装盒机传送到客户的集装箱。整条线都使用马肯公司的日期打码设备。

收益
K-280生产线取得了巨大的成功。GMCR公司在这两条线上投资了340万美元，不到2个月就收回了投资。
市场对K杯装咖啡的需求持续增长，2004年，GMCR公司卖出了1.36亿个K杯，2005年增长到1.87亿个，2006年，初步估计销量增长率为40％，可能达到2.7亿个。2007年，GMCR公司预计其销量将增长30％。
总之，新生产线降低了GMCR公司25％的成本，而产量翻番，在不招募新员工的基础上，提高了公司的生产能力。由最先的K-100生产线，每分钟生产100个K杯咖啡，需要2~3人，后来的K-140生产线，每分钟生产140个K杯咖啡，需要3人，而K-280生产线的速度是K-140的两倍，只需要4个人。
GMCR公司的经济效益离不开K-280生产线，而K-280生产的成功离不开从前段到后段的设备供应商，更加值得一提的系统集成商包装技术公司（Packaging Technologies）的卓越贡献，他们集大家之所长，铸就生产线完美品质。

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2008年K杯生产量突破10亿只；2009年估计在16亿只以上。

不同于brewer和K杯申请了专利，KEURIG从未对于生产设备和流程等申请过专利，而采取的是保密做法。