W produkcji spożywczej, farmaceutycznej i medycznej coraz więcej zadań jest automatyzowanych. Ma to na celu odciążenie pracowników od wykonywania czynności monotonnych i tych wymagających dużego wysiłku fizycznego, poprawę ich bezpieczeństwa, skrócenie czasu realizacji zadań i wzrost dokładności ich wykonywania. Ogranicza także wpływ personelu na czystość i jakość produkcji. Automatyzowanie operacji w tych branżach ułatwia to, że są one sekwencyjne i powtarzalne.
Ludzi zastępują i wspierają roboty przemysłowe i maszyny specjalistyczne. Branżą o bardzo szerokim zakresie zastosowań tych pierwszych jest produkcja i przetwórstwo żywności. Przykłady stanowisk, na których pracują roboty, można podać dla praktycznie wszystkich gałęzi przemysłu spożywczego – od owocowo-warzywnego, przez piekarniczy i cukierniczy, po mleczarski, rybny, mięsny i branżę napojową. Są wykorzystywane na różnych etapach produkcji i przetwarzania żywności, od przygotowania i obróbki surowców, przez kontrolę jakości gotowych wyrobów, po ich pakowanie i paletyzację.
Roboty w produkcji żywności
W zakładach spożywczych roboty przemysłowe wykonują przede wszystkim zadania pick & place: sortowanie (zdejmowanie z przenośnika uszkodzonych opakowań, odrzucanie zgniłych warzyw, podział owoców ze względu na dojrzałość na podstawie koloru), pakowanie (czekoladek w blistry, mięsa na tacki, pudełek do kartonów), rozładowywanie (wyjmowanie pustych butelek albo słoików ze skrzynek) i ładowanie (kontenerów, palet, skrzynek). Realizują też zadania specjalne.
Przykładem jest rozbiór tusz zwierzęcych. Robot na takim stanowisku wyposażany jest w narzędzie tnące, którym rozcina korpus, albo chwytak, którym go podnosi i naprowadza na piłę. Przeważnie jest sterowany wizyjnie. Na podstawie obrazów, które rejestrują kamery systemu wizyjnego, tworzy się komputerowy model tuszy. Jest on następnie poddawany analizie w oprogramowaniu, w celu ustalenia linii cięcia, zoptymalizowanych pod kątem szczegółów anatomii konkretnego egzemplarza korpusu.
Inny przykład z branży mięsnej to wykorzystanie robota do usuwania tłuszczu z wnętrza tuszy. W tym celu robot wyposażany jest w końcówkę ssącą. Korpusy wjeżdżają na stanowisko zawieszone na hakach i zatrzymują się przed zautomatyzowanym ramieniem. Sensory wykrywają obecność tuszy we właściwym miejscu. Wówczas robot przez rozcięcie w płacie mięsa wprowadza ssak. Po usunięciu tłuszczu tusza transportowana jest na kolejne stanowisko.
Nowe technologie w branży farmaceutycznej i spożywczej
Nowe technologie, zwłaszcza sztuczna inteligencja, mają potencjał by na wiele sposobów wpływać na tytułowe branże. Przykładowo AI może zrewolucjonizować opracowywanie nowych lekarstw. Tradycyjnie jest to złożony proces, trwający często wiele lat i wymagający poniesienia ogromnych nakładów finansowych na badania i testy. Dzięki sztucznej inteligencji, która analizuje i rozpoznaje wzorce w dużych zbiorach danych biologicznych, genetycznych i chemicznych, szybciej można zidentyfikować nowe substancje lecznicze, prognozować ich skuteczność i prawdopodobieństwo wystąpienia działań niepożądanych. AI znajduje również zastosowanie w badaniach klinicznych. Analizując dokumentację medyczną, sztuczna inteligencja ułatwia selekcję uczestników testów, a monitorując reakcje pacjentów i przewidując potencjalne skutki uboczne, pozwala ukierunkować badania, co zapewnia szybsze i wiarygodniejsze wyniki. Ponadto modele AI mogą analizować dane historyczne, trendy rynkowe i inne zmienne, aby przewidywać popyt i optymalizować zarządzanie zapasami. Pomaga to zmniejszyć ryzyko niedoborów leków, a zarazem zgromadzenia nadmiernych zapasów. Analizując dane produkcyjne, AI z kolei ułatwia spełnienie standardów bezpieczeństwa i jakości.
W branży spożywczej systemy kontroli jakości oparte na uczeniu maszynowym także przetwarzają dane z czujników na liniach produkcyjnych, aby wykrywać anomalie i zanieczyszczenia. Ponadto śledzą składniki w celu szybszego i dokładniejszego wycofywania produktów w razie wykrycia ich skażenia. AI jest też wykorzystywana w konserwacji predykcyjnej, dzięki czemu pozwala uniknąć nieoczekiwanych awarii i zoptymalizować użycie sprzętu. Analizując dane archiwalne i w czasie rzeczywistym, pomaga prognozować zapotrzebowanie, a zarazem optymalizować poziomy zapasów i usprawniać planowanie operacji logistycznych. Narzędzia oparte na AI pomagają również firmom zrozumieć indywidualne preferencje, ograniczenia dietetyczne i wymagania żywieniowe. Dzięki temu producenci mogą opracowywać produkty spożywcze lepiej dostosowane do konkretnych potrzeb konsumentów. Wykorzystują też sztuczną inteligencję w optymalizacji formuł produktów i tworzeniu nowych kombinacji smakowych.
Zrobotyzowane dekorowanie
Kolejny przykład to dekorowanie ciast, jedno z bardziej praco- i czasochłonnych zadań na liniach produkcji wypieków. Wykonywać je muszą osoby w tym zadaniu wyspecjalizowane, od których wymaga się: zręczności i pewności ruchów ręki, dobrego wzroku, zdolności skupienia, dokładności, powtarzalności. Na szczęście dekorowanie łatwo można zautomatyzować – ciasta produkowane masowo mają podobne wymiary i zdobienia, można więc zaprogramować robota tak, aby nakładał np. lukier na ciastka, tworząc określony wzór. Szczegóły realizacji takiego stanowiska zależą od: typu ciasta, produktu używanego do jego dekoracji, wymaganej szybkości i elastyczności
Specyficzne cechy polewy, kremu, posypki (konsystencja, lepkość, temperatura, sypkość) mają np. wpływ na osprzęt, taki jak typ dyszy, dozownika, rodzaj i parametry pracy pompy. Oprócz tego, w zależności od konfiguracji, może się poruszać aplikator albo ciasto. Pierwsze podejście zapewnia zwykle większą przepustowość systemu, a drugie – łatwiejsze przestrajanie, choć w praktyce zależy to od parametrów sprzętu. Roboty dekorujące są zazwyczaj sterowane wizyjnie – na podstawie danych z kamer określane są lokalizacja oraz orientacja wypieków na przenośniku. Systemy wizyjne wykorzystuje się także w kontroli jakości zdobień.
Jacek Łobodziec
ifm electronic
Na które z nowości ifm dla branży spożywczej warto szczególnie zwrócić uwagę?
Zacznijmy od modułów obiektowych ifm ze złączem skręcanym ecolink M12. Dzięki specjalnej konstrukcji obudowy z tworzywa PA, złączom ze stali nierdzewnej oraz wysokiej odporności na wnikanie (IP69K) są one trwałe i niewrażliwe na intensywne czyszczenie. Dalej – czujniki indukcyjne bezpieczeństwa. Wyróżniają się solidną, metalową obudową, chroniącą przed wilgocią czy efektami procesów czyszczenia. Działają od –25 do 100°C. Higieniczny przepływomierz SM Foodmag, do pomiaru przepływu płynnych i zawiesistych produktów spożywczych, wyposażony w IO-Link i łatwy w konfiguracji, dzięki cyfrowej transmisji danych eliminuje ostatni martwy punkt w procesie produkcyjnym. Z kolei wtyczka temperaturowa do zastosowań higienicznych i przemysłowych konwertuje wartości rezystancji sond temperatury na znormalizowane sygnały analogowe i przełączające, a dzięki 2-, 3- lub 4-przewodowemu połączeniu jest kompatybilna z elementami PT100/PT1000. Wreszcie, pasywna powierzchniowa sonda temperatury – umożliwia szybkie, elastyczne i łatwe konfigurowanie punktów pomiarowych, szczególnie na rurach o małych średnicach, a działa do 160°C.
Jakim trendom w branży spożywczej warto się przyglądać?
Coraz częściej wykorzystywane są w niej roboty współpracujące z ludźmi, zwiększając elastyczność i wydajność, a do transportu materiałów używa się autonomicznych robotów mobilnych (AMR). Systemy zarządzania magazynami oparte na sztucznej inteligencji oraz IoT umożliwiają efektywne monitorowanie i zarządzanie zapasami. Pojawiły się też technologie wysokociśnieniowe i superchłodzenie – innowacyjne procesy, przedłużające trwałość produktów bez sztucznych konserwantów. Kluczowymi elementami stają się też zrównoważone innowacje: recykling opakowań, alternatywne źródła energii i minimalizacja zużycia wody. Dodajmy na koniec przejrzystość łańcucha dostaw, bo technologie takie jak RFID umożliwiają śledzenie towarów od etapu ich wytwarzania aż po sklepową półkę.
Które rozwiązania są najbardziej obiecujące pod kątem czystości procesów?
Po pierwsze, automatyzacja procesów operacyjnych, bo zautomatyzowane systemy umożliwiają ciągłe śledzenie parametrów takich jak temperatura, wilgotność i czystość powietrza, co jest kluczowe dla utrzymania higieny. Redukują też błędy ludzkie, a zautomatyzowane systemy czyszczenia (CIP – Cleaning in Place) gwarantują dokładne i regularne czyszczenie sprzętu bez konieczności jego demontażu. Automatyzacja umożliwia łatwiejsze wdrażanie i utrzymanie systemów zarządzania jakością, takich jak HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) i GMP (Good Manufacturing Practices). Ostatni element to dokumentacja i śledzenie – rejestracja danych dotyczących produkcji ułatwia audyty i zapewnia pełną kontrolę procesów.
Po drugie, wykorzystanie sztucznej inteligencji. AI rewolucjonizuje zarządzanie pomieszczeniami czystymi poprzez analizę danych w czasie rzeczywistym, identyfikację wzorców i anomalii oraz proaktywną konserwację. Systemy oparte na AI automatyzują złożone decyzje, takie jak regulacja przepływu powietrza czy kontrola wilgotności, co zwiększa wydajność i zmniejsza ryzyko ludzkich błędów.
Jakie technologie zmniejszają zużycie zasobów i ilość odpadów podczas produkcji?
Kluczowe jest inwestowanie w nowoczesne maszyny i linie produkcyjne zaprojektowane tak, aby zużywały jak najmniej energii – np. w energooszczędne chłodnie i systemy grzewcze. Analiza i poprawa poszczególnych etapów produkcji pozwala na identyfikację obszarów, w których zachodzi zbyteczne zużycie zasobów. Ważne są wspomniana automatyzacja oraz cyfryzacja. Zaawansowane systemy ponownego wykorzystania wody w produkcji znacząco zmniejszają jej zużycie. Dodajmy do tego odnawialne źródła energii – panele słoneczne, energię wiatru lub biomasy, a także recykling i odzysk surowców oraz wprowadzanie biodegradowalnych opakowań.
