Produkcja żywności i napojów staje się coraz bardziej zautomatyzowana za sprawą zaawansowanych rozwiązań, takich jak roboty, cyfryzacja i uczenie maszynowe.
Producenci stale poszukują sposobów na zwiększenie wydajności produkcji w swoich zakładach. Wielu z nich wybiera zrobotyzowane rozwiązania, tworząc w ten sposób inteligentne fabryki, wspomagane automatyzacją, sztuczną inteligencją (AI) i uczeniem maszynowym (ML). Automatyzacja stała się istotną częścią linii produkcyjnych, na nowo definiując produkcję i dystrybucję żywności.
W tym artykule wyjaśniamy, w jaki sposób technologie automatyzacji zmieniają procesy produkcyjne i ustanawiają nowe standardy precyzji, bezpieczeństwa i kreatywności w branży spożywczej.
Wstęp do automatyzacji w przemyśle spożywczym i napojowym
Przemysł spożywczy i produkcji napojów jest jedną z najważniejszych gałęzi przemysłu na świecie, a jego wartość szacowana jest na 7221,73 mld USD w 2023 r. i oczekuje się, że będzie rosnąć rocznie przy CAGR na poziomie 6,3%. Na branżę spożywczą składa się szeroka gama firm zajmujących się produkcją i dystrybucją żywności, od globalnych gigantów przetwórstwa spożywczego po małe lokalne firmy. Sektor ten odgrywa istotną rolę nie tylko w kontekście globalnej gospodarki, jako dostawca żywności na masową skalę, ale także jako ważny pracodawca oraz generator dochodów. Jest to jednocześnie jeden z najbardziej szkodliwych dla środowiska przemysłów, odpowiedzialny za wytwarzanie znacznej ilości odpadów i emisje gazów cieplarnianych.
Z tego względu, aby zmniejszyć negatywny wpływ na środowisko oraz poprawić produktywność i wydajność branży, sektor produkcyjny powinien wdrożyć rozwiązania z zakresu automatyzacji. Automatyzacja stała się istotną częścią dzisiejszych procesów produkcji i dystrybucji żywności. Począwszy od zautomatyzowanych linii przetwarzania żywności, a skończywszy na inteligentnych rozwiązaniach automatyzacji, przemysł wytwórczy wykorzystuje technologie automatyzacji w celu usprawnienia produkcji, zwiększenia wydajności i rentowności, a także zmniejszenia śladu węglowego.
Automatyzacja jest obiecującym sposobem na zmniejszenie wpływu rolnictwa na zmiany klimatyczne i pomoc hodowcom w dostosowaniu się do ich skutków finansowych.
Rob Bland, Vasanth Ganesan, Evania Hong i Julia Kalanik, 31 maja 2023 roku, McKinsey, Trends driving automation on the farm
Zalety automatyzacji w branży spożywczej
Automatyzacja rozpoczęła się od prostej mechanizacji zadań, takich jak pakowanie i sortowanie, a następnie zaczęła obejmować złożone systemy zrobotyzowane, sztuczną inteligencję i Internet rzeczy (IoT). Automatyzacja wciąż ewoluuje, stając się główną częścią Przemysłu 4.0 i zyskując jeszcze większe znaczenie w piątej rewolucji przemysłowej.
Przykładami technologii automatyzacji są zrobotyzowane linie montażowe, które gwarantują stałą jakość produktów oraz złożone systemy oprogramowania, śledzące produkcję i zarządzające zapasami. Automatyzacja pełni kluczową funkcję w przemyśle spożywczym i napojów, wspierając wiele procesów związanych z produkcją, przetwarzaniem i dystrybucją. Poniżej przedstawiamy szereg korzyści, jakie przynosi automatyzacja w tej branży:
- Zwiększona wydajność: automatyzacja przyspiesza procedury produkcyjne, co przekłada się na większą wydajność w krótszym czasie.
- Niezmienna jakość: eliminując błędy i wahania parametrów, zautomatyzowane systemy gwarantują stałą jakość produktu.
- Oszczędność kosztów: z czasem automatyzacja może znacznie obniżyć koszty operacyjne i koszty pracy.
- Zwiększone bezpieczeństwo: automatyzacja pozwala zmniejszyć liczbę wypadków w miejscu pracy oraz zwiększyć bezpieczeństwo i higienę żywności poprzez zarządzanie ryzykownymi zadaniami.
- Redukcja odpadów: dzięki lepszej kontroli procesu i precyzji produkcji powstaje mniej odpadów materiałowych.
- Skalowalność: automatyzacja umożliwia łatwiejsze skalowanie produkcji z uwzględnieniem zmian popytu.
- Wgląd w dane: dane generowane przez zautomatyzowane systemy są wykorzystywane do usprawniania operacji i podejmowania decyzji.
- Elastyczność: w odpowiedzi na zmiany zachodzące na rynku, dzisiejsze zautomatyzowane systemy można szybko modyfikować pod kątem różnych produktów lub opakowań.
- Zrównoważony rozwój: automatyzacja maksymalizuje wykorzystanie zasobów i ogranicza ilość odpadów, wspierając tym samym zrównoważony rozwój.
- Alokacja siły roboczej: automatyzacja pozwala zwolnić wykwalifikowanych pracowników z prostych prac, zwiększając ich wydajność i zadowolenie z wykonywanej pracy.
Rodzaje technologii automatyzacji
Każda technologia spełnia odrębną funkcję w usprawnianiu procesu produkcji, od zapewnienia precyzji zrobotyzowanych ramion po analizę danych opartą na sztucznej inteligencji i możliwościach sieciowych IoT.
Przyjrzyjmy się, w jaki sposób te rozwiązania nie tylko ułatwiają procesy, ale także tworzą nowe możliwości zwiększenia wydajności, zapewnienia jakości i elastyczności w reakcji na zmieniające się wymagania konsumentów.
Robotyka
Roboty znalazły już szerokie zastosowanie w przemyśle wytwórczym, od zrobotyzowanych ramion w fabrykach po pojazdy autonomiczne, pojazdy sterowane automatycznie (AGV) i drony. Coraz częściej wykorzystuje się je także w przemyśle spożywczym. Roboty mogą pracować w szerokim zakresie środowisk i wykonywać szereg zadań, od spawania, przez kompletację i pakowanie, po bardziej złożone procesy, takie jak obsługa systemów wizyjnych i inspekcja.
Ramiona zrobotyzowane: Stały się niezbędnym narzędziem w operacjach takich jak montaż, sortowanie i pakowanie produktów. Ze względu na zwiększoną szybkość i precyzję, ramiona robotyczne są w stanie obsługiwać delikatne obiekty, takie jak świeże produkty czy wyroby cukiernicze, bez ryzyka ich uszkodzenia. Z tego powodu są też wykorzystywane do zadań wymagających dużej dokładności, takich jak kontrola porcji i dekoracja produktów spożywczych. W tej kwestii przewyższają możliwościami ludzi.
Ramię robotyczne xARM jest obecnie dostępne na zamówienie w Elfie Distrelec. Przejdź do strony produktu, by dowiedzieć się więcej.
Pojazdy sterowane automatycznie (AGV): Jednym z głównych zastosowań pojazdów AGV jest transport materiałów, gotowych towarów i surowców na terenie fabryki przy minimalnym udziale człowieka. Pojazdy AGV zostały zaprojektowane tak, aby mogły poruszać się po zakładzie produkcyjnym, zwiększając produktywność i zmniejszając ryzyko wypadków lub uszkodzeń produktów.
Drony: W większych zakładach produkujących żywność coraz częściej wykorzystuje się drony do wewnętrznej logistyki i monitorowania. Znajdują one zastosowanie w dużych magazynach i pomagają w zarządzaniu zapasami, ponieważ mogą szybko przenosić małe produkty lub próbki z jednego obszaru obiektu do drugiego.
Tego typu zrobotyzowane systemy zależą w dużej mierze od niezawodnej i efektywnej infrastruktury przewodowej. Jest to możliwe dzięki złączom M8 i M12 marki Amphenol LTW, które są szybkie i proste w instalacji oraz podczas konserwacji systemu okablowania. Złącza te są szczególnie użyteczne w przemyśle spożywczym, ponieważ ułatwiają zastosowanie specjalistycznych umiejętności zawodowych, gwarantując niezawodne i skuteczne działanie robotów lub innych urządzeń automatyki przemysłowej w trudnych sytuacjach produkcyjnych.
Sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe
Sztuczna inteligencja zyskuje coraz większą popularność w branży spożywczej – od zarządzania magazynem po rozwój produktu. Dzięki wsparciu uczenia maszynowego sztuczna inteligencja może pomóc w tworzeniu bezpieczniejszych produktów spożywczych i usprawnić proces produkcji.
Kontrola jakości: Algorytmy sztucznej inteligencji są trenowane w celu rozpoznawania wad lub różnic w produktach spożywczych. Za pomocą systemów kontroli wizualnej algorytmy te mogą wykrywać problemy niewidoczne dla ludzkiego oka, gwarantując, że konsumenci otrzymują wyłącznie produkty najwyższej jakości.
Konserwacja predykcyjna: Sztuczna inteligencja pozwala przewidywać awarie sprzętu jeszcze przed ich wystąpieniem. Analizując dane z czujników i maszyn, może zidentyfikować trendy wskazujące na możliwe awarie. Dzięki temu możliwa jest konserwacja zapobiegawcza i minimalizacja przestojów. Więcej informacji na temat wykorzystania rozwiązań AI i IoT w rolnictwie, w tym różnych rodzajów czujników, takich jak czujniki zbliżeniowe i pojemnościowe, do monitorowania oraz analizy jakości gleby i poziomów nasion, można odnaleźć w tym artykule.
Optymalizacja: Automatyzacja w przemyśle spożywczym polega nie tylko na usprawnieniu procesów produkcji żywności; do optymalizacji receptur wykorzystywane są algorytmy uczenia maszynowego, które analizują szeroki zakres danych, takich jak interakcje składników, preferencje konsumentów i warunki przetwarzania. Pozwala to na łatwą modyfikację receptur z uwzględnieniem zmieniających się preferencji konsumentów lub dostępności składników, przy jednoczesnym zachowaniu niezmiennego smaku i konsystencji.
Internet Rzeczy (IoT)
Internet Rzeczy (IoT) i Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT) to pojęcia odnoszące się do łączenia urządzeń fizycznych przy użyciu wbudowanych technologii, które umożliwiają komunikację, wykrywanie oraz interakcję z ich stanami wewnętrznymi lub otoczeniem. IIoT stanowi rozszerzenie IoT i dotyczy w szczególności automatyki przemysłowej. Wykorzystanie IoT w sektorze żywności i napojów gwałtownie rośnie.
Monitorowanie w czasie rzeczywistym: Urządzenia IoT są wdrażane w całym procesie produkcyjnym w celu monitorowania szeregu parametrów, takich jak temperatura, wilgotność i wydajność sprzętu. Dane w czasie rzeczywistym są niezbędne do utrzymania środowiska produkcyjnego w określonych granicach, co bezpośrednio wpływa na jakość produktu.
W sklepie Elfy Distrelec znajduje się wiele produktów, które służą do pomiaru temperatury i wilgotności, przeznaczonych do zastosowań w przemyśle spożywczym. Jednym z oferowanych produktów jest sonda wilgotności i temperatury E+E Elektronik, zaprojektowana z myślą o wymagających aplikacjach OEM. Narzędzie monitoruje temperaturę i wilgotność, a także właściwości fizyczne, w tym stosunek mieszania, temperaturę punktu rosy i wilgotność bezwzględną.
Dostępne są również termometry rezystancyjne Endress + Hauser, przeznaczone przede wszystkim do zastosowań sanitarnych i aseptycznych w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Ponadto polecamy czujniki temperatury z interfejsem IO-link firmy Jumo, stosowane powszechnie do pomiaru i monitorowania temperatury w automatyzacji procesowej oraz w przemyśle spożywczym.
Kontrola parametrów produkcji: Technologia IoT umożliwia automatyzację i zdalne sterowanie procesami produkcyjnymi. Modyfikacje temperatury gotowania, prędkości przenośników lub urządzeń pakujących mogą być wykonywane automatycznie w odpowiedzi na dane otrzymane z czujników IoT, co zapewnia płynny i efektywny proces produkcyjny.
Festo jest producentem inteligentnych produktów przeznaczonych do przemysłu spożywczego. W ofercie firmy znajdują się między innymi zdecentralizowane wyspy zaporowe stosowane w wysokowydajnych liniach butelkowania i pakowania lub zautomatyzowanych systemach pieczenia.
Zarządzanie łańcuchem dostaw: Wykorzystanie urządzeń IoT stanowi ważny element optymalizacji łańcucha dostaw. Rozwiązania te oferują śledzenie w czasie rzeczywistym zarówno surowców, jak i gotowych towarów, przez co umożliwiają lepsze zarządzanie zapasami, redukcję odpadów i usprawnienie reakcji łańcucha dostaw.
Niektóre z brzegowych rozwiązań IoT, takie jak przemysłowe routery komórkowe marki Teltonika, są bardzo przydatne w zaawansowanych zastosowaniach przemysłowych, w tym w zdalnym monitorowaniu i zarządzaniu sprzętem. Kolejnym przykładem są bramki interfejsów marki Moxa, które doskonale sprawdzają się w zastosowaniach przemysłowych, takich jak automatyzacja fabryk.
Dostępne są również serwery urządzeń szeregowych firmy Brainboxes, przeznaczone do monitorowania danych wyjściowych z maszyn, na przykład do obliczania ilości odpadów spożywczych. Wiele artykułów z oferty Brainboxes sprawdzi się w zastosowaniach związanych z automatyzacją i sterowaniem, takich jak przetwarzanie i pakowanie żywności.
Kontrola jakości w przemyśle spożywczym
Kontrole jakości w przemyśle spożywczym obejmują badanie surowców, mające na celu zapewnienie zgodności produktów końcowych i procesów produkcyjnych ze standardami bezpieczeństwa i jakości. Obejmuje to przeprowadzanie testów bezpieczeństwa w laboratoriach, ocenę konsystencji i smaku poprzez analizę sensoryczną oraz zapewnienie zgodności z wymogami prawnymi.
Niezbędne są również systemy identyfikowalności, które umożliwiają śledzenie produktów na każdym etapie produkcji i skuteczne rozwiązywanie ewentualnych problemów. Wszystkie te działania są niezbędne do zapewnienia bezpieczeństwa i jakości żywności zgodnie z najwyższymi standardami oraz spełnienia wymogów prawnych i konsumenckich.
Więcej informacji na temat zapewnienia bezpieczeństwa żywności można znaleźć tutaj lub w poniższych dokumentach:
- Polityka bezpieczeństwa żywności w UE
- Streszczenia przepisów dotyczących bezpieczeństwa żywności w UE
Informacje na temat zasad kontroli jakości w różnych regionach można znaleźć w przepisach obowiązujących w poszczególnych krajach.
Zautomatyzowane rozwiązania w produkcji żywności i napojów
Przyszłość przemysłu spożywczego jest uzależniona od automatyzacji. Wprowadzenie zautomatyzowanych rozwiązań w produkcji żywności i napojów zwiastuje początek nowej ery produktywności, doskonałości i innowacyjności. Jak widać, zalety automatyzacji znacznie wykraczają poza zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów. Należą do nich zwiększona spójność produktu, lepsze bezpieczeństwo i higiena, elastyczność produkcji oraz zdolność do szybkiego reagowania na zmieniające się preferencje klientów.
Niektóre z trudności na drodze do automatyzacji to wysokie koszty początkowe i konieczność zatrudnienia wykwalifikowanego personelu zdolnego do obsługi tych technologii. Długofalowe korzyści płynące z wdrożenia tych rozwiązań technologicznych są jednak oczywiste: wydajność operacyjna, zrównoważony rozwój i utrzymanie konkurencyjności na szybko zmieniającym się rynku.
Elfa Distrelec jest dystrybutorem produktów z zakresu automatyzacji przeznaczonych do szerokiego zakresu zastosowań, w tym w sektorze spożywczym.
