Как выбрать робота для пищевого предприятия

Внедрять роботов в производство как элемент комплексной автоматизации выгодно и рентабельно при стабильном и растущем спросе на продукцию. Роботы могут эффективно расшить узкие места, связанные с типовыми операциями на пищевом производстве (при этом мы подразумеваем отсутствие проектных ошибок в построении технологических линий). У любой такой линии есть предельная производительность, заложенная в проекте, 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 позволяют создавать автономные производства с гарантированным качеством выпускаемой продукции.

Использование в конструкции роботов нержавеющей стали, эпоксидных красок, пищевой смазки и специальных уплотнителей дает возможность 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 не понадобятся санитарные книжки, СИЗ и соблюдение прочих норм и правил, обязательных для персонала предприятия.

Мировой опыт автоматизации и роботизации пищевых производств показывает, что продукция с высокой добавленной стоимостью востребована рынком и может быть максимально кастомизирована. 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 еды и напитков составил на 2015 г. $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%. На российском рынке эти показатели внедрений значительно ниже, но мы видим активный рост проектов и установок роботов в пищевом производстве с 2018 г. 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 г. 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.

Рынок диктует свои требования к гибкости производства, и 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 предприятия — от работы с открытым продуктом до палетирования готовой продукции. Вариативность моделей, типов конструкций и исполнений роботов позволяет выбрать оптимальную конфигурацию производственного решения. Исходя из практики продаж такого оборудования в России основными направлениями для использования роботов в пищевом производстве являются:

• палетирование 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).

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 палетирования и депалетирования используют специализированные 4- или 5-осевые палетайзеры (рис. 1). Они формируют палету точно и аккуратно, практически полностью исключая деформацию упаковки и иной брак, характерный для ручного труда. Такие роботы успешно конкурируют с громоздкими полуавтоматическими и автоматическими укладчиками, превосходя их в гибкости, компактности и энергоэффективности. Площадь установки робото­технического комплекса (РТК) с палетайзером может быть в разы меньше, чем классическое решение. Особенность их применения в том, что они способны перемещать на палету или снимать с нее как слой целиком, так и отдельные упаковки, когда их масса значительна. В зависимости от грузоподъемности максимальная производительность таких машин достигает 700–2200 циклов в час. Возможно эффективно организовать паллетирование продукции с множества потоков. При наличии специализированного гриппера с сервоприводом доступна мультиукладка. Кроме того, установка палет и межслойных прокладок быстро выполняется палетайзером согласно заданной логике программы, что приводит к дополнительной экономии бюджета при проектировании РТК.

Рис. 1. Палетайзер Fanuc M410iC с захватом на сервоприводах Fanuc и интегрированным техническим зрением iRVision

Для операций перемещения, укладки, фасовки и т. п. используют универсальные шестиосевые шарнирно-сочлененные роботы. Эта группа роботов отличается самым широким диапазоном 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 для выполнения нестандартных операций, а с другой — готовы решать 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 служить линия по фасовке печеной продукции, установленная на одном из предприятий УФО. Десять роботов установлены на одну линию по фасовке круглых печений в корекс. Система оснащена интегрированным энкодером и техническим зрением. Роботы работают в слаженном ритме и обеспечивают производительность фасовки в 1200 единиц продукции в минуту.

Важно упомянуть и про коллаборативные роботы, или просто коботы (рис. 2). 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 или специальных навыков персонала и окупается в среднем быстрее.

Рис. 2. Кобот Fanuc CR 15iA для укладки коробов

Для выполнения высокоскоростной укладки все чаще 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 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. Экономичность этого решения проявляется еще и в том, что, например, мастер-контроллер робота можно оснастить машинным зрением и он будет раздавать координаты движущегося изделия остальным роботам в группе. В такой группе может быть 4–8 роботов. Специфика работы SCARA в том, что этот тип четырехосных роботов осуществляет параллельный перенос и вращение изделия относительно вертикальной оси. Это же делают DELTA-роботы, однако у них имеется и шестиосное исполнение, которое обеспечивает изменение плоскости расположения изделия (рис. 3).

Рис. 3. DELTA-робот Fanuc M-2iA для высокоскоростной укладки печеных изделий

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