Automatyzacja procesów, integracja, nowoczesne technologie
Sektor spożywczy, odpowiadający za wytwarzanie dóbr zaspokajających podstawowe potrzeby ludności, to jeden z głównych działów gospodarki, wykazujących ogromne zapotrzebowanie na rozwiązania z dziedziny automatyki i robotyki.
Sukces przedsiębiorstw zajmujących się produkcją żywności oraz napojów w dużej mierze zależy obecnie od stopnia ich automatyzacji, robotyzacji i informatyzacji. Coraz częściej w zakładach produkcyjnych i przetwórczych branży spożywczej można spotkać innowacyjne rozwiązania z obszaru automatyki – np. nowoczesne roboty przemysłowe zastępujące bądź wspomagające pracę ludzi, specjalistyczne maszyny i urządzenia oraz systemy przyczyniające się do zwiększenia wydajności produkcji i zredukowania kosztów przedsiębiorstwa.
Polska branża spożywcza – ważny gracz na arenie międzynarodowej
Sektor spożywczy w Polsce obejmuje swoim zasięgiem różnego rodzaju działalność produkcyjno-przetwórczą: począwszy od branży mleczarskiej, mięsnej oraz owocowo-warzywnej, a skończywszy na produkcji pieczywa, słodyczy czy napojów. Firmy zajmujące się tego typu działalnością to przeważnie niewielkie przedsiębiorstwa, choć z roku na rok sukcesywnie zwiększa się liczba większych zakładów, zatrudniających powyżej stu osób. Jednocześnie ok. 50% ogólnej produkcji krajowej pochodzącej z tej branży generują duże podmioty.
Stopień przetworzenia produktów wytwarzanych w ramach tego sektora może być bardzo zróżnicowany – od wyrobów przetworzonych w niewielkim stopniu, po te będące efektem zaawansowanych procesów technologicznych, czego przykładem jest żywność liofilizowana.
W opinii ekspertów do 2030 r. światowa populacja ludzi zwiększy się o dwa miliardy, przy jednoczesnym kurczeniu się globalnej produkcji żywności. Znaczenie sektora spożywczego jest więc ogromne. Jego udział w gospodarce narodowej – wyrażający się m.in. w liczbie przedsiębiorstw, zatrudnieniu, w wartości dodanej brutto czy produkcji sprzedanej – pozostaje bardzo znaczący. Jest on też ważnym stymulatorem wzrostu gospodarczego.
Stały rozwój techniczny, technologiczny i organizacyjny sektora sprawił, że Polska znalazła się w czołówce nowoczesnych europejskich producentów żywności. Nasz przemysł spożywczy to jeden z najbardziej liczących się producentów żywności na arenie międzynarodowej.
Na konkurencyjność oraz sukcesywne zwiększanie eksportu produktów spożywczych wytwarzanych w Polsce niewątpliwie duży wpływ ma umiejętność dostosowywania się branży spożywczej do zmieniających się uwarunkowań o charakterze rynkowym, makroekonomicznym oraz globalnym. Zresztą liczby mówią same za siebie. Począwszy od przystąpienia do Unii Europejskiej wartość naszego eksportu wytwarzanej żywności wielokrotnie wzrosła – w 2003 r. wynosiła 0,5 miliarda euro, a w 2014 r. – ponad 6,5 miliarda euro.
Poziom automatyzacji polskiej branży spożywczej
Jak wyjaśnia Michał Osiecki, Product Manager w firmie Omron Electronics, polski przemysł spożywczy był od wielu lat słabo zautomatyzowany. Punktem zwrotnym stało się wejście naszego kraju do Unii Europejskiej. Wymogi formalne i konieczność konkurowania z zagranicznymi producentami żywności dały impuls do zmian i modernizacji w naszych rodzimych zakładach. W pierwszej kolejności objęły one część procesową w zakładach mleczarskich i mięsnych. Szybko okazało się, że zmodernizowane zakłady stały się konkurencyjne, jeśli chodzi o produkcję oraz wyposażenie w najnowocześniejsze rozwiązania techniczne. W wielu przypadkach instalacje technologiczne w naszych rodzimych zakładach są obecnie nowocześniejsze niż w porównywalnych zakładach w Europie Zachodniej, na co ma wpływ duża liczba pracujących urządzeń i linii.
Zdaniem Jędrzeja Kowalczyka, prezesa firmy FANUC Polska, w naszym kraju działa wiele dużych firm zajmujących się wytwarzaniem artykułów spożywczych, w których procesy produkcyjne są wysoce zautomatyzowane. Bardzo dużą wagę przywiązuje się w nich do odpowiednio dużej wydajności i elastyczności pozwalającej na łatwe dostosowanie asortymentu do zamówień, a ostatnio także – do wysokiej higieny produkcji, co warunkuje dostosowanie się do wymagań współczesnych odbiorców żywności. Ponieważ producenci mierzą się z konkretnymi wyzwaniami, są bardzo otwarci na inwestycje w sprawdzone rozwiązania technologiczne i innowacje, czego przykładem są roboty przemysłowe wyposażone w rozmaite specjalne funkcje i opcje, które nie tylko gwarantują jakość, wydajność i brak przestojów w produkcji, ale też zapewniają jej rozsądne koszty. Warto wspomnieć, że w tych dużych zakładach całe linie produkcyjne są instalowane w wyniku odgórnie podejmowanych decyzji, które zapadają na poziomie właścicieli zakładów, często poza granicami Polski. Produkcja na szeroką skalę musi być konkurencyjna, dlatego osoby zarządzające dużymi fabrykami systematycznie decydują się na wprowadzanie na linie kolejnych robotów, które zapewniają rentowność firm już teraz i decydują o ich konkurencyjności w przyszłości.
W Polsce działa również wiele mniejszych firm, stanowiących znaczącą część naszej gospodarki, które produkują w sposób konwencjonalny, głównie w oparciu o pracę ludzkich rąk. W tych firmach innowacje są rzadkością. Dlatego i robotów jest tam znacznie mniej – zarządzający produkcją pojawiają się często dopiero na etapie podejmowania decyzji bądź, w najlepszym razie, gdy wdrażają pierwsze roboty. Wielu producentów z tej grupy nie wie, jak można wykorzystać roboty, ani jakie korzyści mogą im one zaoferować.
Jak zauważa Jędrzej Kowalczyk, produkcja żywności w Polsce stanowi bardzo ważny filar gospodarki, jednak w porównaniu do takich sektorów, jak motoryzacja czy przemysł metalowy, wciąż jest nisko zrobotyzowana. Różnicę w poziomie robotyzacji poszczególnych sektorów dobrze odzwierciedla wskaźnik gęstości robotyzacji (oznaczający liczbę robotów przypadających na 10 tys. pracowników przemysłu). Ogólnie dla sektora produkcji wynosi on w Polsce 28, dla branży motoryzacyjnej – 131, a dla innych sektorów, do których zalicza się przemysł spożywczy – zaledwie 16. Porównanie tych wskaźników do innych gospodarek wyraźnie pokazuje, że Polska ma jeszcze bardzo wiele do nadrobienia.
Tego samego zdania jest Sebastian Perz, Sales Engineer GI w firmie KUKA Roboter, tłumacząc, że polski rynek spożywczy musi przejść jeszcze długą drogę, aby mógł zrównać się ze swoimi zachodnioeuropejskimi konkurentami. Wszystko zmierza jednak w dobrą stronę. Klienci coraz częściej pytają o zastosowanie robotów w aplikacjach spożywczych. Zdaniem eksperta polski rynek jest chłonny, zarówno jeśli chodzi o międzynarodowe korporacje, jak i niewielkie rodzinne firmy.
Od robotów do systemów wizyjnych
W opinii prezesa firmy FANUC Polska automatyzacja w branży spożywczej ma na celu przede wszystkim zapewnienie dużych wydajności produkcji w odpowiednim czasie, a do tego w rozsądnej cenie. Te wymagania sprawiają, że producenci są zmuszeni do poszukiwania nowoczesnych rozwiązań, które potrafią odpowiedzieć na wszystkie wymienione potrzeby jednocześnie, a dodatkowo zadbać o odpowiednią elastyczność produkcji, umożliwiającą dostosowanie produkowanego asortymentu produktów do napływających zamówień.
Zdaniem Michała Osieckiego automatyzacja w branży spożywczej sprowadza się przede wszystkim do zautomatyzowania transportu produktów na różnych etapach ich wytwarzania, jak również dotyczy takich procesów, jak pakowanie pojedynczych produktów lub pakowanie w opakowania zbiorcze, a także kontrola jakości produktów spożywczych i opakowań. Automatyzacja procesów pakowania umożliwia przesunięcie pracowników do innych zadań, zamiast wykorzystywać ich do powtarzalnych, monotonnych operacji. Ostatnio coraz większą rolę, również w branży spożywczej, odgrywa proces śledzenia i rejestrowania produkcji, podobnie jak ma to miejsce w przemyśle farmaceutycznym czy produkcji części do samochodów i samolotów.
Z doświadczenia przedstawiciela firmy Omron Electronics wynika, że w produkcji żywności i napojów dużą rolę odgrywają systemy kontroli transportu wewnątrzzakładowego. System taki składa się z kontrolera PLC z funkcją Motion Control dla wielu osi. System spięty jest jedną szybką siecią, np. EtherCAT, i umożliwia kontrolę parametrów pracy serwonapędów, napędów falownikowych AC, rozproszonych wysp dla sygnałów we/wy oraz wysp pneumatycznych, a także pozwala po tej samej sieci nadzorować i sterować układy bezpieczeństwa.
W opinii Michała Osieckiego drugą ważną grupę produktów automatyki przemysłowej w branży spożywczej stanowią roboty, w większości typu Delta i SCARA. Linia wyposażona w kilka robotów z mechaniką Delta oraz z wizyjnym systemem pozycjonowania jest w stanie zwiększyć wydajność nawet o 50% w stosunku do linii obsługiwanej jedynie przez personel. Dzięki temu można obniżyć koszty produkcji oraz zredukować problemy związane z brakiem kadry pracowniczej.
Oczywiście lista korzyści wynikających z zastosowania robotów w przemyśle spożywczym jest znacznie dłuższa. Zdaniem Sebastiana Perza z firmy KUKA Roboter warto wspomnieć chociażby o takich aspektach, jak: bezpieczeństwo, higiena, wzrost wydajności (pozbycie się wąskich gardeł), możliwość śledzenia produktu i jednoczesna kontrola jakości, oszczędność miejsca w zakładzie, krótszy czas produkcji czy wzrost prestiżu firmy.
Jak wyjaśnia Jędrzej Kowalczyk, z uwagi na dużą wrażliwość produktu sektor produkcji żywności wymaga rozwiązań niezawodnych (gwarantujących brak przestojów produkcji), elastycznych (umożliwiających łatwe przezbrojenie produkcji do nowego asortymentu), szybkich (gwarantujących świeżość produktu), a także efektywnych (pozwalających na prowadzenie opłacalnej produkcji na dużą skalę). Wielu producentów robotów dostosowuje swoją ofertę produktową do specyfiki branży i proponuje roboty przemysłowe wraz z opcjami specjalnymi, które pozwalają sprostać wyzwaniom i indywidualnym wymaganiom.
Zdaniem eksperta z FANUC Polska w przedsiębiorstwach z branży spożywczej najczęściej robotyzuje się wybrane obszary linii produkcyjnej, gdzie jest potrzeba obsługi różnorodnych produktów (np. małe i bardzo delikatne czekoladki), a więc ich przekładania, układania w opakowaniach zbiorczych, kontroli jakości, pakowania do kartonów oraz paletyzowania kartonów na końcu linii.
Natomiast w opinii Sebastiana Perza największą popularnością cieszą się aplikacje paletyzacji oraz depaletyzacji. Obecnie coraz częściej klienci pytają także o bardziej złożone procesy, takie jak pakowanie do opakowań zbiorczych, sortowanie, kontrola jakości oraz etykietowanie. Zainteresowaniem cieszą się również inne aplikacje, które ułatwiają proces produkcji odbywający się w zakładach o profilu spożywczym. Przykładem może być rozcinanie świńskich tuszy czy tworzenie charakterystycznych nacięć na bułkach.
Roboty przemysłowe stosowane na liniach produkcji żywności są wyposażane w specjalne pakiety funkcyjne, decydujące o ich inteligencji. Najczęściej stosowane są systemy wizyjne i czujniki siły (które decydują o sile ich „palców”).
Jeśli chodzi o systemy wizyjne, to – zdaniem Jędrzeja Kowalczyka – obecnie w przemyśle spożywczym są one elementem niemal niezbędnym. Dzięki nim możliwe jest odczytywanie kodów i etykiet, liczenie oraz sortowanie produktów, kontrola pozycji i obecności, a także wykrywanie jednostek z defektami produkcyjnymi. Systemy te zapewniają w produkcji nową warstwę inteligencji, która pomaga firmom zwiększyć zdolności produkcyjne. Nowoczesne kamery zintegrowane z układami automatyki mogą umożliwić szybką eliminację wadliwych produktów, weryfikację poprawności pakowania produktów oraz zapewnić śledzenie i przechwytywanie informacji na temat produktów na każdym etapie procesu. Wynikiem ich zastosowania jest mniejsza liczba błędów w produkcji, obniżka kosztów i wzrost satysfakcji odbiorców produktów, przy zapewnieniu pełnej identyfikowalności, niezależnie od miejsca pojawienia się problemu w łańcuchu dostaw. Rozwój systemów wizyjnych zmierza w kierunku wprowadzenia systemów wizyjnych 3D, które są w stanie rozpoznawać złożone i skomplikowane kształty oraz eliminują konieczność rozładunku produktów z pojemników transportowych.
Co nas czeka?
Zmieniające się potrzeby odbiorców produktów żywnościowych są tak duże, że inwestycje w technologię przestają być kwestią wyboru, a stają się koniecznością. Jednym z takich rozwiązań są roboty współpracujące (collaborative robots), mogące pracować „ramię w ramię” z człowiekiem, bez konieczności użycia dodatkowych systemów bezpieczeństwa w postaci kurtyn lub wygrodzeń, niezbędnych w przypadku tradycyjnych robotów.
Zdaniem przedstawicieli firmy FANUC obszar automatyzacji w sektorze przemysłu spożywczego ulegnie znacznemu poszerzeniu. Dziś mówimy o robotyzowaniu linii produkcyjnych w zakładach, a wkrótce będzie mowa o automatyzowaniu produkcji żywności już na polach uprawnych, gdzie dojrzewają warzywa i owoce. Roboty zaczną wspierać całe łańcuchy procesów realizowanych w produkcji żywności, co sprawi, że wzrośnie jakość i bezpieczeństwo produktów. Rozwiązania technologiczne umożliwiające kompleksowe podejście do zagadnienia produkcji żywności są już dostępne, dlatego należy spodziewać się, że jeśli tylko zwiększy się świadomość producentów na temat korzyści oferowanych przez roboty oraz ich otwartość na innowacje, wkrótce poszerzy się liczba i zakres wdrożeń robotów w tej branży.
W najbliższej przyszłości – jak twierdzi Michał Osiecki z firmy Omron Electronics – należy się spodziewać stosowania sieci przemysłowych na każdym poziomie automatyki: Ethernet/IP – na poziomie wymiany informacji pomiędzy kontrolerami maszyn a systemami informatycznymi i bazami danych, EtherCAT (sterowanie w czasie rzeczywistym maszyną/linią produkcyjną), I/O Link (połączenie do najprostszych czujników w celu usprawnienia serwisu, bieżącej obsługi, identyfikacji najsłabszych punktów w maszynie czy danym rozwiązaniu).
Czwarta rewolucja… spożywcza
Podobnie jak inne gałęzie przemysłu, również branża spożywcza będzie musiała przygotować się na nadejście czwartej rewolucji przemysłowej. Jak wyjaśnia Jędrzej Kowalczyk, w przedsiębiorstwach produkujących żywność będą wprowadzane systemy pozwalające łączyć maszyny w systemy, które z kolei da się stale monitorować (także zdalnie, za pomocą urządzeń mobilnych w czasie rzeczywistym) i elastycznie przezbrajać do wytwarzania produktów aktualnie zamawianych przez odbiorców. Dzięki tym systemom w fabrykach żywności znacznie zmniejszy się odsetek nieplanowanych przestojów oraz zaskakujących awarii maszyn, a jednocześnie wzrosną wydajność i jakość produkcji.
Jak podkreśla Marcin Zalasa, dyrektor sprzedaży w firmie Au2mate Mawos, współczesny świat (także przemysłowy) bez dostępu do Internetu wydaje się być pozbawiony możliwości dalszej pracy i rozwoju. Idea wdrażania kolejnej rewolucji przemysłowej, zwanej Przemysłem 4.0, na dobre kiełkuje w głowach osób odpowiedzialnych za przyszłość swoich firm. Jednak mnogość rozwiązań, opcji i ścieżek postępowania dostępnych dla branży spożywczej oraz obecny stan wyposażenia w zakładach przyprawia owe głowy o częste bóle.
Z doświadczenia Marcina Zalasy wynika, że kolejność rozwoju systemów automatyki w różnych branżach przemysłu spożywczego jest podobna. Zakłady, po dozbrojeniu i doinwestowaniu w moce przetwórcze, skupiają się na ich optymalnym wykorzystaniu. Wymaga to integracji automatyki pomiędzy poszczególnymi liniami a obiektami służebnymi produkcji, a także – w kolejnym kroku – najczęściej budowy platformowego rozwiązania, połączonego w wielu punktach z systemem informatycznym przedsiębiorstwa. Takie rozwiązanie pozwala:
-> śledzić przepływ i efektywność wykorzystania surowca, a także historię partii produkcyjnej oraz przebieg i wydajność procesów na zmianach;
-> monitorować i zarządzać procedurami mycia CIP oraz zużyciem środków myjących i energii elektrycznej, chłodu, ciepła, a także sprężonego powietrza;
-> usprawnić raportowanie produkcji wymagane zakładowym systemem jakości;
-> usprawnić procesy kontrolingowe, możliwość precyzyjnego wyliczenia kosztów produkcji oraz reakcję na ewentualne reklamacje;
-> poprawić ogólną sprawność linii poprzez wskaźniki wykorzystania wyposażenia OEE oraz ścisłe monitorowanie jego okresów przeglądowych.
Należy pamiętać o tym, że brak możliwości monitoringu wskaźników to brak możliwości pełnej i świadomej kontroli oraz sterowania i optymalizacji produkcji.
Z pola na stół
Branża spożywcza ma ścisły związek z rolnictwem, wspólnie stanowiąc ogniwa łańcucha żywnościowego, na które składają się poszczególne etapy i procesy realizowane w produkcji, przetwórstwie, dystrybucji i magazynowaniu – począwszy od produkcji pierwotnej aż do konsumpcji. We wszystkich tych procesach niezwykle ważny jest swobodny przepływ informacji, umożliwiający śledzenie drogi przebycia produktów lub surowców. Rozwiązaniem usprawniającym śledzenie ich drogi z gospodarstwa rolnego aż na stół konsumenta jest Internet Rzeczy (Internet of Things – IoT). Jak wyjaśnia David Stain, Industry Marketing Manager w firmie Zebra Technologies, umieszczając na produktach etykiety z kodem kreskowym, a na paletach etykiety RFID (do odczytu partiami przez czytniki stacjonarne), można łatwiej śledzić produkty przepływające przez łańcuch dostaw. Kiedy towar dociera do przedsiębiorstwa, produkty są skanowane w celu składowania w magazynie oraz sprawdzane według danych przysłanych przez dostawcę lub hurtownię.
Pojemność informacyjną najnowszych kodów kreskowych 2D GS1 można wykorzystać nie tylko do śledzenia towarów w łańcuchu dostaw, ale także do informowania konsumentów. Zdaniem Davida Steina dane o tym, skąd pochodzi żywność, a także jak i kiedy została wyprodukowana, można zawrzeć w kodzie, a konsument odczyta je za pomocą prostej aplikacji w smartfonie. Konsument może np. sprawdzić, że 28-dniowy kawałek wołowiny, który właśnie ogląda, rzeczywiście pochodzi z uboju sprzed 28 dni. Co ciekawe, w kodzie można nawet umieścić dodatkowe informacje o drodze tej porcji mięsa przez łańcuch dostaw.
Autorka: Agata Abramczyk jest redaktor naczelną magazynu Inteligentny Budynek – pasjonatką nowoczesnych technologii, od wielu lat związaną z branżą dziennikarską i wydawniczą.
Tekst pochodzi z nr 6/2016 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
