Роботизация и автоматизация пищевого производства

Благодарим за представленный материал (руководителя развития бизнеса робототехники FANUC Russia) Данилова Андрея.

Роботизация и автоматизация пищевого производства обусловлена их высокой эффективностью и гибкостью внедрения. Современные роботизированные системы могут внедряться как при обработке первичного сырья, так и для последующей обработки продукта.

Производственные системы с роботами для пищевого производства

На разных технологических переделах удобно использовать роботов с отличным типом конструкции и исполнения, именно так можно достичь максимального эффекта от внедрения.

Для сортировки, укладки и перемещения мелких продуктов весом до 12 кг с тактом от 60 ед/мин подходят высокоскоростные SCARA и DELTA роботы. Для перемещения упаковок и коробов – четырехосные паллетайзеры с грузоподъемностью до 700 кг. Для максимально широкого спектра задач, включающего разделку, нарезку, обработку, декорирование, сталкивание, сортировку и т.п. – универсальные шарнирно-сочленённые роботы с шестью осями. Чем больше вариантов исполнений роботов предлагает один производитель, тем проще создать единую систему на предприятии.

Внедрение роботов и автоматизация производства

Роботизация и автоматизация пищевого производства, как элемент комплексной автоматизации, выгодно и рентабельно при стабильном и растущем спросе на продукцию. Роботы могут эффективно расширить узкие места, связанные с типовыми операциями на пищевом производстве, при этом мы подразумеваем отсутствие проектных ошибок в построении технологических линий. В любой такой линии есть предельная производительность, заложенная в проекте, выше которой она работать не может.

Поэтому для построения действительно эффективного пищевого производства, способного гибко реагировать на колебания конъюнктуры рынка (потребительского спроса), необходимо закладывать роботизацию на стадии проектирования в нужных технологических переделах.

Высокая надежность, прогнозируемость обслуживания и простота эксплуатации роботов позволяет создавать автономные производства с гарантированным качеством выпускаемой продукции.
Использование в конструкции роботов нержавеющих сталей, эпоксидных красок, пищевой смазки и специальных уплотнителей позволяет решить одну из главных проблем пищевого производства – безопасность пищевых продуктов.

Роботы не могут болеть и являться переносчиками патогенных микроорганизмов. Такие модели легко подвергаются мойке специализированными чистящими средствами согласно регламентам предприятия. Им и не понадобятся санитарные книжки, СИЗы и соблюдение прочих норм и правил, обязательных для персонала предприятия.

Мировой опыт – роботизация и автоматизация пищевого производства

Мировой опыт роботизация и автоматизация пищевого производства   показывает, что продукция с высокой добавленной стоимостью востребована рынком и может быть максимально кастомизирована для потребителя. Она же генерирует огромный спрос на индивидуальную и групповую упаковку.

По данным исследования «Global Packaging Robots Market 2016-2020» объем рынка роботов для упаковки в секторе еда и напитки (“food and beverage”) составил на 2015г. $2.9 млрд., с ожидаемым увеличением до $4.59 млрд. в 2020 г. Совокупный среднегодовой темп роста составляет 10%. При этом по данным IFR на 2019 год роботы в пищевой индустрии составляют всего 3% от общего объема инсталляций в мире, уступая автопрому, электронике, металлообработке и обработке пластика. Тем не менее, совокупный среднегодовой темп роста установок роботов в этом секторе составляет порядка 14%. У российского рынка эти показатели внедрений значительно ниже, но мы видим активный рост проектов и установок роботов в пищевом производстве с 2018 года. Это совпадает с принятым в том же году национальным проектом «Производительность труда и поддержка занятости». Кроме того, в соответствии с принятой Минсельхозом стратегией развития пищевой и перерабатывающей промышленностей Российской Федерации до 2030 года, определены цели и приоритеты для отрасли.

Импортозамещение и развитие предприятий полного цикла являются катализаторами внедрения новых линий по переработке сырья в продукцию с высокой добавленной стоимостью. Эти меры помогают предприятиям внедрять и осваивать такие технологические линии.

Новые требования к современным линиям производства

Рынок диктует свои требования к гибкости производства, современные технологические линии за счет использования промышленных роботов могут работать практически с любым типом продукта. Не важно, что это будет – шоколадные конфеты, йогурты, крупы, яйца, бекон, мясо или бутилированная продукция. Решение найдется для любой задачи на любом технологическом переделе вашего предприятия от работы с открытым продуктом до паллетирования готовой продукции.

Вариативность моделей, типов конструкций и исполнений роботов позволяет выбрать оптимальную конфигурацию производственного решения. Из практики продаж такого оборудования в России, основными направлениями для использования роботов в пищевом производстве являются:

– паллетирование и упаковка на которые приходится более 50% проектов;
– укладка, фасовка и перемещение на которые приходится 30% проектов;
– работа с открытым продуктом (нарезка, разделка и прочее)

Новые критерии в пищевом производстве

Рассмотрим применение роботов для основных направлений в пищевом производстве. Важным критерием выбора является наличие у производителя единой системы управления, встроенных опций и программного обеспечения, которые позволяют провести бесшовную интеграцию в производственные системы любой сложности.

На операциях паллетирования и депаллетирования используют специализированные 4-х или 5-ти осевые паллетайзеры. Формируют паллету точно и аккуратно, практически полностью исключая деформацию упаковки и иной брак, характерный для ручного труда. Они успешно конкурируют с громоздкими полуавтоматическими и автоматическими укладчиками, превосходя их в гибкости, компактности и энергоэффективности.

Площадь установки РТК с паллетайзером может быть в разы меньше, чем классическое решение. Особенность их применения в том, что они способны перемещать на паллету или снимать с нее, как целиком слой, так и отдельные упаковки, когда их масса значительна. В зависимости от грузоподъемности максимальная производительность таких машин достигает от 700 до 2200 циклов в час. Возможно эффективно организовать паллетирование продукции с множества потоков.

При наличии специализированного гриппера с сервоприводом, становится доступна мультиукладка. Кроме того, установка паллет и межслойных прокладок быстро выполняется паллетайзером, согласно заданной логике программы, что является дополнительной экономией бюджета при проектировании РТК. Адаптивность паллетайзеров обеспечивается применением системы интегрированного технического зрения, которое может быть установлено стационарно или непосредственно на захвате робота. Смещение изделия в плоскости (X,Y) в пределах нескольких сантиметров отрабатывается за доли секунд, при использовании 3-х мерного сенсора возможна компенсация по трем осям (X,Y,Z).

Универсальные роботы и их применение

На операциях перемещения, укладки, фасовки etc. используют универсальные 6-ти осевые шарнирно-сочлененные роботы. Эта группа роботов имеет самый широкий диапазон по рабочим нагрузкам и зонам эффективной работы. Особенность этих роботов в универсальности их применения. От разделения и нарезки продуктов при помощи ультразвукового инструмента, сортировки и укладки фруктов до выполнения задач кейс-пакера. С одной стороны, такие роботы обладают гибкостью руки человека и могут быть внедрены на нестандартные операции, а с другой – готовы выполнять монотонные задачи с продуктом любой конфигурации. Возможность располагать роботов в напольном, потолочном и настенном положениях в непосредственной близости друг к другу, с пересечением рабочих зон, делает РТК очень компактными.

За синхронизацию работы и безопасность механизмов отвечает специализированное ПО, интегрированное в контроллеры роботов. Таким образом, гарантирована слаженная и ритмичная работа всех элементов РТК. Наглядным примером такой работы может явится линия по фасовке печеной продукции, установленная на одном из предприятия УФО. Десять роботов установлены на одну линию по фасовке круглых печений в корес. Система оснащена интегрированным энкодером и техническим зрением. Роботы работают в слаженном ритме и обеспечивают производительность фасовки в 1200 единиц продукции в минуту.

Коботы для «end-off line»

Важно упомянуть и про коллаборативные роботы или просто коботы. По сравнению с промышленным роботом, кобот имеет низкую производительность и грузоподъемность, но имеет ряд неоспоримых преимуществ по безопасности и простоте интеграции. Кобот отлично подходит для простых «end-off line» решений с производительностью не более 10 изделий в минуту. При этом решение на его основе не требует защитных ограждений, специальных навыков персонала и окупается в среднем быстрее.

Высокоскоростные роботы типа SCARA и DELTA

На операциях высокоскоростной укладки все больше применяют роботы типа SCARA и DELTA. Они оптимальны по соотношению цена – качество. Поддерживают высокий темп работы линии и справляются с большими объемами мелкой продукции. Преимущество таких роботов в том, что они могут работать группами и слаженно выполнять общую задачу.

Важным критерием стабильной и эффективной работы таких роботов является обязательное наличие системы технического зрения и энкодеров линейного движения для синхронизации работы. Без них точный и быстрый забор продукта невозможен. Реализация концепции управления машинным зрением и движением конвейера оптимальна на базе контроллера робота, это позволяет легко программировать группу роботов и гибко менять производительность линии. Экономия такого решения еще и в том, что, например, мастер контроллер робота оснащается машинным зрением, раздавая координаты движущегося изделия остальным роботам в группе. В такой группе может быть от 4 – 8 роботов.

Специфика работы SCARA в том, что этот тип 4-х осных роботов осуществляет параллельный перенос и вращение изделия относительно вертикальной оси. Это же делают Delta – роботы, однако у них имеется и 6-ти осное исполнение, которое обеспечивает изменение плоскости расположения изделия.

Применение промышленных роботов и коботов в пищевом производстве является необходимым условием создания конкурентного продукта, отвечающего высоким требованиям качества. Такое производство всегда будет на шаг впереди конкурентов. Мировой опыт внедрений роботов убедительно доказывает это.

Дополнительная информация:

FANUC Russia